环形件外侧环形凹槽的加工设备及加工方法与流程

本发明涉及航空发动机零件加工技术领域，特别地，涉及一种环形件外侧环形凹槽的加工设备。此外，本发明还涉及一种包括上述环形件外侧环形凹槽的加工设备的环形件的外侧环形凹槽的加工方法。

背景技术：

高温合金薄壁环形封闭凹槽零件属于航空发动机的组成零件，如图5所示。如图6所示，零件厚度为0.5mm左右，材料为高温合金，材料强度高，加工需要较高的成形力，而且此零件是环形封闭结构，采用传统钢模的加工方法局部特征成形困难，在成形过程中零件表面承受压应力，由于零件封闭空间较小，夹具支撑强度不够容易出现起皱的缺陷无法满足零件尺寸精度和平面度要求。

零件成形完后由于结构限制，传统刚性模具满足零件成形压力的情况下，也无法将夹具从零件中取出，取出夹具也会破坏零件结构和尺寸，难以满足设计要求。

技术实现要素：

本发明提供了一种环形件外侧环形凹槽的加工设备及加工方法，以解决现有的高温合金薄壁环形封闭凹槽零件加工方法，夹具在零件加工成型后无法从零件中取出的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种环形件外侧环形凹槽的加工设备，用于航空发动机高温合金薄壁环形封闭凹槽零件加工过程中将外侧垂直槽壁加工成外侧环形凹槽，航空发动机高温合金薄壁环形封闭凹槽零件呈环状，零件的内缘边和外缘边相对卷曲构成环形内卷凹槽，加工设备包括用于从底部进行支撑和定位的底支撑组件、固定于底支撑组件上用于从底部支撑套接在待加工零件的槽内并构成待加工零件外侧环形凹槽成型面的撑形组件、处于撑形组件上方用于将待加工零件的槽底板部位压紧在撑形组件上的压紧组件以及处于撑形组件外周用于通过滚压方式以使待加工零件的外侧垂直槽壁在撑形组件上滚压成外侧环形凹槽的旋压滚轮装置；撑形组件具有用于待加工零件的外侧环形凹槽滚压成型后沿待加工零件的径向脱出的脱模活块。

进一步地，撑形组件包括多个拼装单元，脱模活块与多个拼装单元依次进行无间隙贴合拼装组合构成环形组件，环形组件的上表面用于与待加工零件的槽底板部位贴合，环形组件的成型面用于与待加工零件的外侧垂直槽壁贴合；拼装单元包括与脱模活块贴合的第一单元件以及两侧均不与脱模活块贴合的第二单元件；第二单元件两侧的贴合面均沿环形组件的径向布设，脱模活块两侧的贴合面为一组相互平行的平行面，第一单元件具有与脱模活块的贴合面相匹配的第一贴面以及与第二单元件的贴合面相匹配的第二贴面。

进一步地，环形组件的上端面沿水平方向向外延伸构成用于待加工零件的外侧垂直槽壁滚压成型外侧环形凹槽的环形成型面，环形组件的内壁面呈径向尺寸下大上小的圆锥面；底支撑组件包括处于环形组件的环内用于与环形组件的圆锥面相匹配并从环形组件内部对环形组件进行压紧的环形斜块以及处于环形组件外围用于从环形组件外侧对环形组件进行限位的环形挡块。

进一步地，环形成型面的下表面设置成内侧向上倾斜的倾斜面，倾斜面与水平面构成夹角α，用于抵消外侧环形凹槽滚压成型后的弹性回弹。

进一步地，底支撑组件包括用于装配固定在机床工作台面上的底板、处于底板底部用于底板与机床工作台面之间相对找准定位的定位衬套、处于底板上部用于承载撑形组件并从撑形组件外侧对撑形组件进行限位的环形挡块以及处于环形挡块上并处于撑形组件内腔中用于从撑形组件内腔对撑形组件进行压紧的环形斜块，环形斜块与撑形组件之间采用锥面配合。

进一步地，底板与机床工作台面之间、定位衬套与底板之间、底板与环形挡块之间、环形挡块与环形斜块之间或者底板、环形挡块和环形斜块三者之间的至少一处采用紧固连接件连接固定。

进一步地，紧固连接件采用多种不同类型或多种不同结构的连接件连接，以同时实现轴向锁紧定位、径向锁紧定位以及周向锁紧定位。

进一步地，压紧组件包括用于均匀压盖在待加工零件上的压环以及处于压环中轴线上用于底支撑组件、撑形组件和压紧组件三者对中装配的对中锁紧件，通过对中锁紧件将压环锁紧至底支撑组件上以实现压环对待加工零件的压紧。

进一步地，旋压滚轮装置包括装配于机床驱动头上的安装杆、装于安装杆的悬挑端用于与安装杆配合以形成安装空间的压板、处于安装空间内的轴承以及安装在轴承上并朝向压板外伸出用于对待加工零件的外侧垂直槽壁施加滚压作用力的滚轮，滚轮通过轴承转动连接在安装杆与压板的组合结构上；滚轮的滚压作业面与撑形组件匹配布设，用于当滚轮贴合外侧垂直槽壁时沿待加工零件的周向滚动并逐步沿径向施压。

根据本发明的另一方面，还提供了一种环形件的外侧环形凹槽的加工方法，其采用上述环形件外侧环形凹槽的加工设备，包括以下步骤：在机床工作台面上依次装配底支撑组件和撑形组件，通过底支撑组件进行定位找正并锁紧在机床工作台面上；将待加工零件的槽口扣合在撑形组件上，以使待加工零件的槽底板部位贴合于撑形组件的上表面且待加工零件的外侧垂直槽壁与撑形组件的撑形面接触；然后装配压紧组件，利用压紧组件进行压紧组件、待加工零件、撑形组件和底支撑组件的同轴定中和轴向压紧，同时迫使撑形组件装配到位并形成与旋压滚轮装置滚压作用力相对的支撑力；通过机床驱动旋压滚轮装置沿待加工零件的径向靠近待加工零件的外侧垂直槽壁；当贴合外侧垂直槽壁时沿待加工零件的周向滚动并逐步沿径向施压，直至外侧垂直槽壁完全贴合于撑形组件的成型面下表面；移出旋压滚轮装置，拆除压紧组件；从外侧环形凹槽的中部空腔伸入并拆除脱模活块，使得撑形组件的其他部件从外侧环形凹槽中脱出；拆出加工后的零件以及剩余结构，从而完成零件的外侧环形凹槽加工。

本发明具有以下有益效果：

本发明环形件外侧环形凹槽的加工设备，用于航空发动机高温合金薄壁环形封闭凹槽零件加工过程中将外侧垂直槽壁加工成外侧环形凹槽。通过底支撑组件进行整个加工设备在机床工作台面上的找正定位，以确保加工设备与机床驱动端形成精确的相对位置关系，从而利于后续零件加工。通过压紧组件与撑形组件沿待加工零件轴向对待加工零件的槽底板部位进行上下夹紧，以确保待加工零件在加工时的结构稳定性；撑形组件作为待加工零件的外侧垂直槽壁滚压成型时的内部撑形件；当旋压滚轮装置在接触外侧垂直槽壁时，旋压滚轮装置的滚压部位一边沿待加工零件的周向滚动，一边沿待加工零件的径向施加滚压力，以迫使外侧垂直槽壁逐渐向撑形组件的成型面贴合，从而完成由外侧垂直槽壁向外侧环形凹槽的转变。当加工完毕后，拆除压紧组件，然后从加工设备内腔中将脱模活块沿加工好的零件的径向向中轴位置施力脱出，从而使得撑形组件分散并能够轻易脱出，方便加工后的带外侧环形凹槽的零件能够轻易从加工设备上进行无阻碍的取出，不会对零件造成任何伤害，从而保证加工后的零件的完整性。在加工设备的组装过程中，可以通过压紧组件实现压紧组件、待加工零件、撑形组件、底支撑组件的对中，从而确保后续的加工精度。本发明加工设备，结构简单，脱模方便，消除对零件脱模时的阻碍，使得加工后的零件可以无损取出。适用于各种环形零件的外侧环形凹槽的加工和脱模。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的环形件外侧环形凹槽的加工设备的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的撑形组件的俯视结构示意图；

图3是本发明优选实施例的撑形组件的剖视结构示意图；

图4是本发明优选实施例的环形件外侧环形凹槽加工过程的示意图；

图5是环形件外侧环形凹槽的结构示意图；

图6是环形件外侧环形凹槽的截面结构示意图。

图例说明：

1、底支撑组件；101、环形斜块；102、环形挡块；103、底板；104、定位衬套；2、撑形组件；201、脱模活块；202、第一单元件；203、第二单元件；204、环形成型面；2041、倾斜面；3、压紧组件；301、压环；302、对中锁紧件；4、旋压滚轮装置；401、安装杆；402、压板；403、轴承；404、滚轮；5、紧固连接件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的环形件外侧环形凹槽的加工设备的结构示意图；图2是本发明优选实施例的撑形组件的俯视结构示意图；图3是本发明优选实施例的撑形组件的剖视结构示意图；图4是本发明优选实施例的环形件外侧环形凹槽加工过程的示意图。

如图1所示，本实施例的环形件外侧环形凹槽的加工设备，用于航空发动机高温合金薄壁环形封闭凹槽零件加工过程中将外侧垂直槽壁加工成外侧环形凹槽，航空发动机高温合金薄壁环形封闭凹槽零件呈环状(零件如图5和图6所示)，零件的内缘边和外缘边相对卷曲构成环形内卷凹槽，加工设备包括用于从底部进行支撑和定位的底支撑组件1、固定于底支撑组件1上用于从底部支撑套接在待加工零件的槽内并构成待加工零件外侧环形凹槽成型面的撑形组件2、处于撑形组件2上方用于将待加工零件的槽底板部位压紧在撑形组件2上的压紧组件3以及处于撑形组件2外周用于通过滚压方式以使待加工零件的外侧垂直槽壁在撑形组件2上滚压成外侧环形凹槽的旋压滚轮装置4；撑形组件2具有用于待加工零件的外侧环形凹槽滚压成型后沿待加工零件的径向脱出的脱模活块201。本发明环形件外侧环形凹槽的加工设备，用于航空发动机高温合金薄壁环形封闭凹槽零件加工过程中将外侧垂直槽壁加工成外侧环形凹槽。通过底支撑组件1进行整个加工设备在机床工作台面上的找正定位，以确保加工设备与机床驱动端形成精确的相对位置关系，从而利于后续零件加工。通过压紧组件3与撑形组件2沿待加工零件轴向对待加工零件的槽底板部位进行上下夹紧，以确保待加工零件在加工时的结构稳定性；撑形组件2作为待加工零件的外侧垂直槽壁滚压成型时的内部撑形件；当旋压滚轮装置4在接触外侧垂直槽壁时，旋压滚轮装置4的滚压部位一边沿待加工零件的周向滚动，一边沿待加工零件的径向施加滚压力，以迫使外侧垂直槽壁逐渐向撑形组件2的成型面贴合，从而完成由外侧垂直槽壁向外侧环形凹槽的转变。当加工完毕后，拆除压紧组件3，然后从加工设备内腔中将脱模活块201沿加工好的零件的径向向中轴位置施力脱出，从而使得撑形组件2分散并能够轻易脱出，方便加工后的带外侧环形凹槽的零件能够轻易从加工设备上进行无阻碍的取出，不会对零件造成任何伤害，从而保证加工后的零件的完整性。在加工设备的组装过程中，可以通过压紧组件3实现压紧组件3、待加工零件、撑形组件2、底支撑组件1的对中，从而确保后续的加工精度。本发明加工设备，结构简单，脱模方便，消除对零件脱模时的阻碍，使得加工后的零件可以无损取出。适用于各种环形零件的外侧环形凹槽的加工和脱模。外侧垂直槽壁在撑形组件2上滚压成外侧环形凹槽时，撑形组件2的背面与加工成形后的零件之间留有用于脱模的作业间距。

如图1和图2所示，本实施例中，撑形组件2包括多个拼装单元，脱模活块201与多个拼装单元依次进行无间隙贴合拼装组合构成环形组件，环形组件的上表面用于与待加工零件的槽底板部位贴合，环形组件的成型面用于与待加工零件的外侧垂直槽壁贴合。拼装单元包括与脱模活块201贴合的第一单元件202以及两侧均不与脱模活块201贴合的第二单元件203。第二单元件203两侧的贴合面均沿环形组件的径向布设，脱模活块201两侧的贴合面为一组相互平行的平行面，第一单元件202具有与脱模活块201的贴合面相匹配的第一贴面以及与第二单元件203的贴合面相匹配的第二贴面。可选地，第二单元件203的水平截面形状为扇形。可选地，脱模活块201的两平行贴合面可以为竖向布设的平面也可以为倾斜平面。可选地，脱模活块201的两平行贴合面可以沿任意方向布设且脱模活块201可以沿水平方向脱出而不受到阻碍。多块第二单元件203彼此贴合构成带缺口的环，通过将脱模活块201填入缺口中形成闭合环，相邻两第二单元件203之间受到径向贴合面的阻碍而相互制约无法脱出，仅有脱模活块201可以沿径向脱出，以确保拼装组合后的结构稳定性。可选地，在脱模活块201的脱出部位设置限位件，以避免在加工过程中脱模活块201沿径向脱出；当加工完毕后通过解除限位件拆除脱模活块201以实现整个撑形组件2的拆除。可选地，限位件为限位插销、限位挡块、限位螺栓、限位卡扣等。

如图1所示，本实施例中，环形组件的上端面沿水平方向向外延伸构成用于待加工零件的外侧垂直槽壁滚压成型外侧环形凹槽的环形成型面204，环形组件的内壁面呈径向尺寸下大上小的圆锥面。底支撑组件1包括处于环形组件的环内用于与环形组件的圆锥面相匹配并从环形组件内部对环形组件进行压紧的环形斜块101以及处于环形组件外围用于从环形组件外侧对环形组件进行限位的环形挡块102。可选地，每一个拼装单元上均具有成型面单元，通过拼装单元的拼装组合形成环形成型面204。可选地，仅有部分拼装单元上具有成型面单元，且成型面单元沿周向延伸以构成对相邻拼装单元构成限位，从而确保拼装后的环形成型面204的上部稳定性。通过环形挡块102构成对撑形组件2外侧壁面的限位，通过环形斜块101构成对撑形组件2外侧壁面的限位；同时通过环形斜块101与撑形组件2的锥面配合，并辅以压紧组件3相对于与底支撑组件1的竖向压紧作用，使得撑形组件2受到竖向和径向的双重挤压，以确保拼装后的撑形组件2外表面形状整齐且统一，形成表面连续的成型面，从而提高外侧环形凹槽的成型精度。通过环形组件的内圆锥面与环形斜块101的锥面配合以迫使环形组件的外壁面沿径向紧贴环形挡块102，以确保所有活动块均装配到位并构成旋压滚轮装置加工时的径向支撑。

如图1所示，本实施例中，环形成型面204的下表面设置成内侧向上倾斜的倾斜面2041，倾斜面2041与水平面构成夹角α，用于抵消外侧环形凹槽滚压成型后的弹性回弹。可选地，旋压滚轮装置4的施力接触面与倾斜面2041平行，以确保能够将外侧垂直槽壁滚压至与倾斜面2041贴合。可选地，倾斜面2041与水平面构成夹角α根据材料的弹性回弹性质选择。

如图1所示，本实施例中，底支撑组件1包括用于装配固定在机床工作台面上的底板103、处于底板103底部用于底板103与机床工作台面之间相对找准定位的定位衬套104、处于底板103上部用于承载撑形组件2并从撑形组件2外侧对撑形组件2进行限位的环形挡块102以及处于环形挡块102上并处于撑形组件2内腔中用于从撑形组件2内腔对撑形组件2进行压紧的环形斜块101，环形斜块101与撑形组件2之间采用锥面配合。底支撑组件1通过将定位衬套104对应装入至机床工作台面上的相应位置以实现位置找准定位，从而确保后续加工设备的装配精度以及后续外侧环形凹槽的加工精度。通过环形挡块102对撑形组件2的外侧壁限位、环形斜块101对撑形组件2的外侧壁限位以及环形斜块101与撑形组件2的锥面配合关系，并结合压紧组件3的下压作用力，使得撑形组件2被压紧至环形斜块101与环形挡块102之间，并使撑形组件2的各个拼装单元保持内外表面连续统一，从而确保加工时的结构稳定性，以及确保外侧环形凹槽成型的结构精度。

如图1所示，本实施例中，底板103与机床工作台面之间、定位衬套104与底板103之间、底板103与环形挡块102之间、环形挡块102与环形斜块101之间或者底板103、环形挡块102和环形斜块101三者之间的至少一处采用紧固连接件5连接固定。

如图1所示，本实施例中，紧固连接件5采用多种不同类型或多种不同结构的连接件连接，以同时实现轴向锁紧定位、径向锁紧定位以及周向锁紧定位。确保装配后的加工设备的整体精度以及各个连接部位的位置关系进度，从而提高外侧环形凹槽的加工精度。

如图1所示，本实施例中，压紧组件3包括用于均匀压盖在待加工零件上的压环301以及处于压环301中轴线上用于底支撑组件1、撑形组件2和压紧组件3三者对中装配的对中锁紧件302，通过对中锁紧件302将压环301锁紧至底支撑组件1上以实现压环301对待加工零件的压紧。对中锁紧件302对整个加工设备施加竖向锁紧的同时，确保彼此之间止动对中，确保底支撑组件1、待加工零件、撑形组件2、压紧组件3四者同轴，从而提高外侧环形凹槽的加工精度。可选地，对中锁紧件302与底支撑组件1和/或压紧组件3采用锥度配合，以确保底支撑组件1与压紧组件3同轴同心，同时通过底支撑组件1与压紧组件3之间的竖向压力以迫使待加工零件和撑形组件2与底支撑组件1和压紧组件3也同轴同心。

如图1所示，本实施例中，旋压滚轮装置4包括装配于机床驱动头上的安装杆401、装于安装杆401的悬挑端用于与安装杆401配合以形成安装空间的压板402、处于安装空间内的轴承403以及安装在轴承403上并朝向压板402外伸出用于对待加工零件的外侧垂直槽壁施加滚压作用力的滚轮404，滚轮404通过轴承403转动连接在安装杆401与压板402的组合结构上。滚轮404的滚压作业面与撑形组件2匹配布设，用于当滚轮404贴合外侧垂直槽壁时沿待加工零件的周向滚动并逐步沿径向施压。可选地，滚轮404的滚压部与倾斜面2041平行布设。可选地，滚轮404上与待加工零件的外侧垂直槽壁接触的边缘设置成弧形边，以避免在加工过程中产生应力集中现象而导致零件的表面破坏。

如图4所示，本实施例的环形件的外侧环形凹槽的加工方法，采用上述环形件外侧环形凹槽的加工设备，包括以下步骤：在机床工作台面上依次装配底支撑组件1和撑形组件2，通过底支撑组件1进行定位找正并锁紧在机床工作台面上；将待加工零件的槽口扣合在撑形组件2上，以使待加工零件的槽底板部位贴合于撑形组件2的上表面且待加工零件的外侧垂直槽壁与撑形组件2的撑形面接触；然后装配压紧组件3，利用压紧组件3进行压紧组件3、待加工零件、撑形组件2和底支撑组件1的同轴定中和轴向压紧，同时迫使撑形组件2装配到位并形成与旋压滚轮装置4滚压作用力相对的支撑力；通过机床驱动旋压滚轮装置4沿待加工零件的径向靠近待加工零件的外侧垂直槽壁；当贴合外侧垂直槽壁时沿待加工零件的周向滚动并逐步沿径向施压，直至外侧垂直槽壁完全贴合于撑形组件2的成型面下表面；移出旋压滚轮装置4，拆除压紧组件3；从外侧环形凹槽的中部空腔伸入并拆除脱模活块201，使得撑形组件2的其他部件从外侧环形凹槽中脱出；拆出加工后的零件以及剩余结构，从而完成零件的外侧环形凹槽加工。

实施时，外侧旋压夹具(环形件外侧环形凹槽的加工设备)，作用：旋压封闭环形凹槽外侧。

如图1，该夹具主要包括六部分，具体如下：

撑形组件2(如图2、3所示)设计为7个无间隙贴合的活动块(拼装单元)，解决成形封闭凹槽后整体撑块无法从凹槽中取出的问题；台阶处(环形成型面)外轮廓用于成形外侧环形凹槽，且成形位置设计为锥面(角度α°)来抵消凹槽成形后的弹性回弹。活动块(拼装单元)组合后内轮廓型面设计为锥形，与环形斜块101锥度配合。活动块包括脱模活块201、第一单元件202、第二单元件203三种结构形式。

环形斜块101固定在底板103上，外部轮廓为圆锥结构，与撑形组件2内轮廓锥面配合，脱模活块201可以径向移动。活动块(拼装单元)的数量根据零件径向尺寸选择合适的数量，活动块数量较少，成形尺寸精度不高，活动块数量较多，零件装拆不方便；活动块(拼装单元)形状关键是脱模活块201和第一单元件202，其侧边是直线(如图2和图3所示)，其它活动块(拼装单元)形状为扇形，组合后形成一个整圆，其它活动块(拼装单元)是无法取出的。在零件加工过程中，由于离心力的作用，活动块(拼装单元)会达到撑紧状态，防止活动块(拼装单元)掉出，取出时利用活动块(拼装单元)上的小孔先将脱模活块201取出，其它活动块(拼装单元)在径向方向有多余空间，从而能够方便取出。撑形组件2成形方便从封闭凹槽中逐一取出。

环形挡块102对撑形组件2移动行程进行限位，保证外侧环形凹槽成形的外径尺寸。压环301通过螺栓拧紧将待加工零件压紧贴住撑形组件2端面。

外侧旋压夹具(环形件外侧环形凹槽的加工设备)，通过底板103及定位衬套104安装在车床法兰盘上，与下述旋压滚轮装置4(如图1)配合使用成形图6所示外侧环形封闭凹槽。

旋压滚轮装置4(如图1)，主要包括四部分。

滚轮404用于成形外侧环形凹槽，长度方向要对外旋压夹具进行避让；轴承403使滚轮404实现径向转动，滚轮404安装在轴承403上并通过压板402固定在安装杆401上，安装杆401安装在车床的刀盘上与外侧旋压夹具配合使用。

车床旋压加工方法

将待加工零件定位安装在外侧旋压夹具上后将外侧旋压夹具安装在车床上，车刀盘固定旋压滚轮装置4的安装杆401，移动车刀盘使旋压滚轮装置4上的滚轮404移动至待加工零件的外侧垂直槽壁部位，车床主轴旋转带动滚轮404旋转，实现逐步旋压外侧环形凹槽外侧，安装方式及成形过程如图1和图4所示。

本发明摒弃传统刚模成型的加工方式，创新发明车床配合夹具旋压的方法成形封闭凹槽，操作方便可靠；外旋压夹具的撑形组件2设计为可径向移动和轴向拆装方便的活动块，解决了利用刚模成形后产品中无法从模具中取出的问题；

撑形组件2成形部位设计为斜面(角度α°)来抵消凹槽成形后的弹性回弹，满足零件尺寸精度和平面度要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。