控制超薄壁铝合金高精度管嘴密封槽车削变形方法及夹具与流程

本发明属于机械加工技术领域,具体涉及超薄铝合金高精度管嘴密封槽车削过程中变形的控制方法以及对应的变形控制装置。

背景技术：

如图5和图6所示,一种航空铝制换热器产品，在产品首次加工过程中，用传统的加工方法无法满足设计要求，即：除了该产品管嘴型面复杂，加工位置壁厚较薄，且管嘴直径尺寸的圆度要求0.1mm，管嘴型面的表面粗糙度要求1.6。由于加工过程零件发生变形，薄壁件加工过程产生切削震动，表面光洁度差、管嘴型面误差大、零件各部位的形状误差不易保证。实际加工结果为：圆度1mm，粗糙度在1.6和3.6之间。偏离设计要求，造成批量报废,使产品在实现过程中出现了工艺技术瓶颈，无法完成产品交付，已严重影响到科研生产进度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种控制超薄壁铝合金高精度管嘴密封槽车削变形方法及夹具，减小加工过程超薄壁件的切削振动现象，同时尽可能减小超薄壁环类零件装夹不均匀造成零件变形，避免在加工完成后卸掉支撑工装引起零件变形从而影响产品精度。

为了解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：即一套车削加工变形控制方法，同时根据该方法制作了加工变形控制夹具。

超薄壁铝合金高精度管嘴密封槽车削夹具，包括外径连续可变的弹性涨套支撑体、开口涨圈和夹具体；

所述弹性涨套支撑体与夹具体可拆卸连接；

所述开口涨圈置于弹性涨套支撑体的外周面上；

所述夹具体与机床相连。

优选的，所述弹性涨套支撑体非变形状态下的外径小于开口涨圈非变形状态下的的内径，所述开口涨圈非变形状态下的外径小于待加工零件内孔直径，弹性涨套支撑体与开口涨圈之间的间隙可以提高零件制造精度。

优选的，非变形状态下的弹性涨套支撑体外径和非变形状态下的开口涨圈内径之差大于待加工零件内孔直径与非变形状态下的开口涨圈外径之差。

优选的，所述弹性涨套支撑体包括与夹具体可拆卸连接的连接部，沿着所述连接部的外周向面间隙均布有分瓣式结构，所述分瓣式结构包括用于支撑开口涨圈内径表面的支撑部，所述支撑部通过径向连接块与连接部相连，且径向连接块与支撑部和连接部中至少一个为非垂直连接关系。

优选的，所述连接部呈圆环状，其内环面通过螺纹与夹具体相连，所述径向连接块呈扇形，所述支撑部为弧形块。

优选的，所述弹性涨套支撑体采用弹簧钢材料制备，其分瓣式结构的数量为奇数，选择奇数分瓣结构可以降低加工过程中的机构自身振动。

优选的，所述支撑部的弧形外表面上有环槽结构，环槽宽度约为开口涨圈宽度的二分之一。环形槽的开设有利于减小装配接触面过定位，提高定位装夹精度。

优选的，所述夹具体包括依次连接的第一芯轴段、第二芯轴段、第三芯轴段，所述第一芯轴段与螺母和垫片相连，所述第二芯轴段与弹性涨套支撑体相连，所述第三芯轴段的外径大于等于待加工零件的外径。

优选的，所述开口涨圈的切口宽度满足在其膨胀变形后接近360°贴合待加工零件的内孔表面。

一种控制超薄壁铝合金高精度管嘴密封槽车削变形的方法，包括待加工零件内孔的支撑，在待加工零件内孔中设置外径可变的弹性涨套支撑体，并且在弹性涨套支撑体与待加工零件内孔之间设置开口涨圈。

本发明依靠夹具型面与管嘴内孔圆弧面接近360°贴合(装夹贴合面高达90％以上)，保证夹具定位夹紧时夹紧力呈圆周法向放射均匀分布，避免超薄壁铝合金零件装夹变形，降低加工过程中薄壁零件振动，提高零件表面质量、减小管嘴型面误差及零件各部位的形状误差。

本发明应用于铝合金薄壁件异型管嘴型面,在车削加工过程中通过控制装夹变形，最终实现高精度尺寸的零件。利用装夹工装保证支撑型面与管嘴接触型面达到大包容支撑面(尽可能增大夹持面积)，使得薄壁件和工装形成类似一个实体，减小加工过程超薄壁件的切削振动现象，同时尽可能减小超薄壁环类零件装夹不均匀造成零件变形，避免在加工完成后卸掉支撑工装引起零件变形从而影响产品精度。

附图说明

图1，图1a和图1b为产品零件装夹到夹具上的结构示意图；

图2和图2a为夹具中可以起到涨形作用的重要功能件弹性涨套支撑体示意图；

图3和图3a为开口涨圈示意图；

图4和图4a为夹具体示意图；

图5为产品零件的车加工过程示意图；

图6为图5中的局部a处放大5倍示意图；

图中1-零件；2-螺母；3-垫圈；4-弹性涨套支撑体；5-开口涨圈；6-夹具体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述。

如图5和图6所示，针对该产品零件常规加工容易出现尺寸变形超差，产品表面粗糙度不合格问题采用如下方案：

设计并制造一套高精度大包容涨型夹具，如图1，图1a和图1b所示，超薄壁铝合金高精度管嘴密封槽车削夹具包括外径连续可变的弹性涨套支撑体4、开口涨圈5和夹具体6；弹性涨套支撑体4与夹具体6可拆卸连接；开口涨圈5置于弹性涨套支撑体4的外周面上；夹具体6与机床相连。

具体来说，弹性涨套支撑体4非变形状态下的外径小于开口涨圈5非变形状态下的的内径，开口涨圈5非变形状态下的外径小于待加工零件1内孔直径。非变形状态下的弹性涨套支撑体4外径和非变形状态下的开口涨圈5内径之差大于待加工零件1内孔直径与非变形状态下的开口涨圈5外径之差。

如图2和图2a，弹性涨套支撑体4包括与夹具体6可拆卸连接的连接部，沿着所述连接部的外周向面间隙均布有分瓣式结构，分瓣式结构包括用于支撑开口涨圈5内径表面的支撑部，支撑部通过径向连接块与连接部相连，且径向连接块与支撑部和连接部中至少一个为非垂直连接关系。连接部呈圆环状，其内环面通过螺纹与夹具体6相连，径向连接块呈扇形，支撑部为弧形块。弹性涨套支撑体4采用弹簧钢材料制备，其分瓣式结构的数量为奇数。支撑部的弧形外表面上有环槽结构，环槽宽度约为开口涨圈5宽度的二分之一。

如图4和图4a，夹具体6包括依次连接的第一芯轴段、第二芯轴段、第三芯轴段，第一芯轴段与螺母2和垫片3相连，第二芯轴段与弹性涨套支撑体4相连，第三芯轴段的外径大于等于待加工零件1的外径。

如图3和图3a，开口涨圈5的切口宽度满足在其膨胀变形后接近360°贴合待加工零件1的内孔表面。

实际加工时，依据待加工零件1内孔直径尺寸，选择合适的弹性涨套支撑体4、开口涨圈5的外径尺寸，通常保证开口涨圈5外径尺寸比待加工零件1内孔直径尺寸小0.1mm，即单边间隙保证在0.05mm范围，弹性涨套支撑体4外径尺寸比开口涨圈5的内孔尺寸小0.2mm，即单边间隙保证在0.1mm范围。通过弹性涨套支撑体4受力膨胀，力传递给开口涨圈，开口涨圈5将力沿周均布后支撑到待加工零件1内径上，起到圆周支撑定位作用。

弹性涨套支撑体4材料通常选用弹簧钢材料，如65mn，或其它强度较高，弹性较强的材料，且弹性涨套支撑体4采用沿周均布分瓣式结构，瓣数选择奇数瓣，每瓣外形尺寸误差控制在0.05mm范围，同时每瓣间的缝隙要做到均匀，本实施例中采用均布13瓣。

弹性涨套支撑体4与开口涨圈5接触的外径，为中心有环槽结构，环槽宽度约为开口涨圈宽度的二分之一，环槽深度0.5mm；。

开口涨圈5采用开口式圆环结构，即：将一个环形零件在径向上任意一点切断，该处切口宽度小于0.2mm，保证在开口涨圈膨胀后尽可能接近360°，其材料通常选用弹簧钢材料，如65mn，或其它强度较高，弹性较强的材料。

用于安装到车床上的夹具体6，可根据机床装夹规格进行设计夹具体大小。该夹具体一端用于连接设备，另一端结构包含圆柱体和螺纹，用于装配工装上其他零件，其材料可选用45#钢进行热处理。

弹性涨套支撑体4通过间隙配合装配到夹具体6上，配合间隙最大不的超过0.05mm，再由垫片3，螺母2通过螺纹拧紧后固定到夹具体上

如图1，图1a和图1b所示：

1.夹具体6与机床连接：夹具体6与机床锥度连接，连接后找正夹具体6的基准面(工装最大直径圆柱面)圆周跳动量≤0.02mm；z轴跳动量≤0.01mm；(具体的基准面与夹具心轴一次装夹精磨而成，其不同轴度≤0.01mm.)。

2.图5示出了本发明使用的装夹位置及及加工过程中与车刀的受力情况，图中黑色菱形图标代表车刀位置,该车刀位置与装夹位置呈对称状态，受力均匀。当零件装配到夹具上后，由于夹具的大包容面与零件内孔接近360°贴合，避免了因受力不均导致装夹变形。该装夹方式使得夹具与零件形成一个非薄壁件组合体，大大降低加工过程中的振刀量，提高产品表面粗糙度。同时在车削过程中刀具与零件接触面始终与夹具的支撑面受力对称，降低加工过程刀具对工件受压力作用导致零件变形。

最终实现控制超薄壁铝合金高精度管嘴异型密封槽车削加工变形。

车加工变形控制过程如下：

第一步：根据待加工零件1管嘴内孔直径尺寸，选取合适的开口涨圈5；

第二步：根据选取的开口涨圈5内径尺寸选取合适的弹性涨套支撑体4；

第三步：将弹性涨套支撑体4装配到夹具体6上，夹具心轴7与弹性涨套支撑体4的轴孔配合。再将开口涨圈5装配到弹性涨套支撑体上，将零件1装配到开口涨圈的外径上，在将垫片3装配到夹柄上，最终将螺母2装配到夹柄上，螺母的松紧使弹性涨套支撑体4向外膨胀，通过开口涨圈5的向外膨胀使零件夹紧，固定到装配好的夹具上；

第四步：将夹柄的一端与车床连接，装夹过程结束。

第五步：夹具体6与机床连接：夹具体6与机床锥度连接固定，连接后找正夹具体6的基准面，开始加工零件。