一種內(nèi)脹式定芯夾具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種內(nèi)脹式定芯夾具，包括芯軸、與芯軸軸線相重合的彈性脹體、脹體連接件、錐體、第一緊固螺母、第二緊固螺母、端壓板，所述端壓板呈圓環(huán)形；所述彈性脹體由至少兩個瓣式脹體通過脹體連接件連接而成，所述彈性脹體沿垂直于其軸向的截面呈圓環(huán)形；所述彈性脹體的兩端內(nèi)側(cè)面分別設(shè)置有開口向外的圓錐面，所述瓣式脹體沿其徑向的截面呈梯形，所述錐體為一組且錐體相向設(shè)置在彈性脹體的兩端，所述錐體的錐面與彈性脹體的圓錐面相配合；所述第一緊固螺母、第二緊固螺母、端壓板分別為一組，所述第一緊固螺母分別設(shè)置在芯軸的兩端且第一緊固螺母能對設(shè)置在芯軸上的錐體進行擠壓，所述端壓板、第二緊固螺母依次設(shè)置在錐體上。
【專利說明】
一種內(nèi)脹式定芯夾具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及裝配領(lǐng)域，尤其是一種內(nèi)脹式定芯夾具。本實用新型能夠用于缸套類零件的固定、夾緊，尤其適用于脆性薄壁缸套類零件的磨削加工，滿足石油鉆采、采選礦等耐磨損、耐腐蝕、耐高溫高壓性能要求較高的缸套類零件的加工需求，具有較好的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油儲層較深、地質(zhì)結(jié)構(gòu)惡劣的鉆采環(huán)境以及海上石油、天然氣的開發(fā)過程中，通常需要采用地質(zhì)勘探設(shè)備泥漿栗，而陶瓷缸套是泥漿栗的主要配件。陶瓷缸套作為一種易損件，其使用批量大，且壁薄、形位公差和表面粗糙度要求較高(陶瓷缸套表面粗糙度可達(dá)到0.2-0.4μπι)，同時其對材質(zhì)和硬度也有較高要求。
[0003]陶瓷缸套內(nèi)襯陶瓷管屬于大直徑薄壁零件，缸套外徑約165mm，壁厚僅為5.5mm。由于陶瓷材料薄壁零件具有高強度、高硬度和高脆性的特點，其在磨削加工過程中，受切削力、夾緊力、磨削熱和內(nèi)應(yīng)力等作用，陶瓷缸套極易產(chǎn)生各種類型的表面/亞表面損傷，諸如變形層、表面/亞表面微裂紋、模糊表面、相變區(qū)域、殘余應(yīng)力等，并且隨著加工過程的進行，其表面缺陷可能還會蔓延開來。前述缺陷的存在使得其加工制造比較困難，影響陶瓷管件的尺寸精度和形狀精度，難以保證零件的加工質(zhì)量。因此，合理地選擇裝夾工具和方法是保證陶瓷缸套內(nèi)襯薄壁陶瓷管加工精度的關(guān)鍵。
[0004]常規(guī)薄壁大直徑零件在進行磨削加工時，先在普通磨床上磨削零件外圓，再將零件的一端用三爪卡盤內(nèi)夾緊零件內(nèi)孔，另一端用機床頂尖定位。采用該裝夾方式對陶瓷缸套進行加工時，在磨削過程中，陶瓷材料由于剛性夾持、接觸面積小，易出現(xiàn)脆性裂紋，影響廣品的性能。
[0005]目前，改進的方法主要采用如下兩類夾具完成零件外圓的加工:剛性心軸夾具、彈性心軸夾具。其中，采用剛性心軸夾具對工件進行裝夾時，工件以剛性心軸的外圓作為定位基準(zhǔn)，通過端面夾緊。采用彈性心軸夾具裝夾時，工件以彈性心軸的外圓作為定位基準(zhǔn)，通過擰緊或放松夾緊螺釘，實現(xiàn)彈性心軸的軸向移動。由于剛性心軸與彈性心軸之間的配合為錐面配合，因此，彈性心軸沿軸向移動的同時，將會產(chǎn)生徑向的脹開或收縮，從而實現(xiàn)對工件的徑向夾緊或松開。
[0006]不容否認(rèn)，前述兩類夾具的優(yōu)點是顯而易見的。當(dāng)被加工零件內(nèi)孔的加工精度較高時，剛性心軸夾具與工件間的配合間隙很小，使工件與夾具間的接觸剛度很高，提高了工件抵抗切肩力變形的能力。同時，由于剛性芯軸夾具結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)量較少，產(chǎn)生的誤差環(huán)節(jié)少，因而容易獲得較高的夾具制造精度，制造成本也很低。而彈性心軸夾具的徑向可脹性使它非常適合內(nèi)孔尺寸一致性較差的成批零件的加工。
[0007]然而，經(jīng)過認(rèn)真分析后發(fā)現(xiàn)，這兩類夾具在應(yīng)用上存在很大的局限性。其中，剛性心軸夾具的尺寸適應(yīng)性較差，它要求被加工零件的內(nèi)孔尺寸精度加高，否則，剛性心軸將會與不同工件內(nèi)孔間的徑向配合間隙差別忽大忽小，無法保證成批零件對定位基準(zhǔn)與外圓間位置精度的要求。而彈性心軸夾具雖可以適應(yīng)內(nèi)孔尺寸波動較大的成批零件加工，但由于彈簧片上各點的徑向脹開都是以其根部為圓心進行展開的，沿軸線方向各點外圓的徑向脹開量是不一樣的。而對于某些在外力作用下較易變形的零件，如套筒薄壁類零件，彈性芯軸夾具的夾緊力對被加工零件外圓精度的負(fù)面影響是非常嚴(yán)重的。
[0008]為此，迫切需要一種新的夾具以解決上述問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型的發(fā)明目的在于:針對大直徑薄壁零件(尤其是陶瓷缸套內(nèi)襯陶瓷管)進行裝夾加工時，剛性心軸夾具的尺寸適應(yīng)性較差，而采用彈性芯軸夾具的精度較差的問題，提供一種內(nèi)脹式定芯夾具，尤其是一種用于薄壁管狀工件的內(nèi)脹式定芯夾具。本實用新型涉及機械加工領(lǐng)域，特別適用于脆性薄壁缸套類零件的夾緊，可用于相應(yīng)的磨削加工等操作。本實用新型能夠用于對管狀工件的夾持，滿足其外圓及端面的后續(xù)加工需求。本實用新型采用雙錐面的徑向夾緊方式，實現(xiàn)了工件與夾具之間的內(nèi)脹式面接觸，一次裝夾即可滿足多個工序的裝夾需求，有效地保證了工件的加工精度，同時，通過O型圈實現(xiàn)了彈性脹體的自動復(fù)位，通過瓣式脹體實現(xiàn)自定心功能。本實用新型設(shè)計合理，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)對管狀工件(尤其是薄壁管狀工件)的夾持，具有較好的應(yīng)用前景。經(jīng)實際測定，采用本實用新型對陶瓷缸套進行加工，所加工的陶瓷缸套具有較高的加工精度，能夠滿足石油鉆采、采選礦等耐磨損、耐腐蝕、耐高溫高壓性能要求較高的工作場合的需要，具有較好的效果。
[0010]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0011]—種內(nèi)脹式定芯夾具，包括芯軸、與芯軸軸線相重合的彈性脹體、脹體連接件、錐體、第一緊固螺母、第二緊固螺母、端壓板，所述端壓板呈圓環(huán)形；
[0012]所述彈性脹體由至少兩個瓣式脹體通過脹體連接件連接而成，所述彈性脹體沿垂直于其軸向的截面呈圓環(huán)形；
[0013]所述彈性脹體的兩端內(nèi)側(cè)面分別設(shè)置有開口向外的圓錐面，所述瓣式脹體沿其徑向的截面呈梯形，所述錐體為一組且錐體相向設(shè)置在彈性脹體的兩端，所述錐體的錐面與彈性脹體的圓錐面相配合；
[0014]所述第一緊固螺母、第二緊固螺母、端壓板分別為一組，所述第一緊固螺母分別設(shè)置在芯軸的兩端且第一緊固螺母能對設(shè)置在芯軸上的錐體進行擠壓，所述端壓板、第二緊固螺母依次設(shè)置在錐體上。
[0015]所述彈性脹體由3~8個瓣式脹體組成。
[0016]所述彈性脹體由3個瓣式脹體組成。
[0017]所述芯軸呈圓柱狀。
[0018]所述瓣式脹體采用鋁材制備而成。
[0019]所述脹體連接件包括O型圈、與彈性脹體相配合的環(huán)板、螺釘，所述瓣式脹體的外側(cè)設(shè)置有與O型圈相配合的凹槽，所述O型圈設(shè)置在凹槽內(nèi)，所述環(huán)板通過螺釘與瓣式脹體相連。
[0020]前述內(nèi)脹式定芯夾具的應(yīng)用，將該內(nèi)脹式定芯夾具用于管狀工件的夾持。
[0021]將該內(nèi)脹式定芯夾具用于陶瓷缸套磨削。
[0022]包括如下步驟:先將端壓板、第二緊固螺母依次設(shè)置在錐體上，構(gòu)成端外錐，再將一個端外錐設(shè)置在芯軸的一端，再將彈性脹體、待加工的工件依次套在芯軸上，再將另一個端外錐設(shè)置在芯軸的另一端，最后將第一緊固螺母分別設(shè)置在芯軸的兩端，并通過錐體與彈性脹體之間的圓錐面配合將待加工的工件定位于彈性脹體上。
[0023]所述第一緊固螺母分別位于錐體的外側(cè)。
[0024]將端壓板、第二緊固螺母分別取下，即可對待加工工件的管端進行加工。
[0025]針對前述問題，本實用新型提供一種內(nèi)脹式定芯夾具。該內(nèi)脹式定芯夾具包括芯軸、與芯軸軸線相重合的彈性脹體、脹體連接件、錐體、第一緊固螺母、第二緊固螺母、端壓板，端壓板呈圓環(huán)形。其中，第二緊固螺母、端壓板、錐體分別為一組，端壓板、第二緊固螺母依次設(shè)置在錐體上。采用該結(jié)構(gòu)，端壓板能夠?qū)軤罟ぜ?尤其是薄壁管狀工件)進行定位，且在夾具夾緊的過程中，能夠提供相應(yīng)的支撐。
[0026]本實用新型中，彈性脹體由至少兩個瓣式脹體通過脹體連接件連接而成，彈性脹體沿垂直于其軸向的截面呈圓環(huán)形。彈性脹體的兩端內(nèi)側(cè)面分別設(shè)置有開口向外的圓錐面，瓣式脹體沿其徑向的截面呈梯形，錐體為一組且錐體相向設(shè)置在彈性脹體的兩端，錐體的錐面與彈性錐體的圓錐面相配合。采用該結(jié)構(gòu)，彈性脹體的兩端內(nèi)側(cè)形成大口向外的圓錐面，錐體的錐面與彈性脹體的圓錐面的相互配合，從而使得彈性脹體與錐體之間形成圓錐面配合。同時，該夾具還包括第一緊固螺母，第一緊固螺母分別設(shè)置在芯軸的兩端且第一緊固螺母能對設(shè)置在芯軸上的錐體進行擠壓。采用該結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)第一緊固螺母在芯軸上的相對位置，能夠?qū)﹀F體、彈性脹體進行擠壓，進而實現(xiàn)本實用新型對工件的夾緊。
[0027]采用本實用新型對工件進行裝夾時，先將端壓板、第二緊固螺母依次設(shè)置在錐體上，構(gòu)成端外錐，將一個端外錐設(shè)置在芯軸的一端，再將彈性脹體、待加工的工件依次套在芯軸上，之后，將另一個端外錐設(shè)置在芯軸的另一端，最后將第一緊固螺母分別設(shè)置在芯軸的兩端，通過調(diào)節(jié)第一緊固螺母的位置，讓錐體與彈性脹體之間的圓錐面緊密接觸，使待加工的工件定位于彈性脹體上。采用本實用新型，能夠?qū)崿F(xiàn)對管狀工件(尤其是薄壁管狀工件，如陶瓷缸套等)的夾持，以進行磨削等操作。
[0028]在完成工件管體的加工后，將端壓板、第二緊固螺母分別取下，保持第一緊固螺母位置不變，由于工件長度略長于瓣式脹體，即可對待加工工件的端面進行加工。采用本實用新型，實現(xiàn)了一次裝夾完成多道工序的加工，工件的尺寸精度和形位精度都可以得到較好保證。當(dāng)完成工件的外圓表面、端面加工后，松開第一緊固螺母，瓣式脹體在O型圈的彈性收縮作用下回到原位，即可實現(xiàn)工件的拆下和下一件工件的裝夾。
[0029]彈性脹體由3?8個瓣式脹體組成，優(yōu)選為由3個瓣式脹體組成。本實用新型中，瓣式脹體與錐體間的配合面均帶有錐度相同的錐面，第一緊固螺母的擰緊與擰松會導(dǎo)致錐體的軸向移動，進而帶動瓣式脹體沿徑向伸縮，產(chǎn)生徑向的脹開或收縮，實現(xiàn)對工件的夾緊與松開。
[0030]進一步，脹體連接件包括O型圈、與彈性脹體相配合的環(huán)板、螺釘，瓣式脹體的外側(cè)設(shè)置有與O型圈相配合的凹槽，O型圈設(shè)置在凹槽內(nèi)，環(huán)板通過螺釘與瓣式脹體相連。該結(jié)構(gòu)中，通過O型圈、環(huán)板的連接作用，將瓣式脹體連接成彈性脹體。
[0031]本實用新型與常規(guī)加工方法不同之處在于，把以往“剛性點接觸”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皟?nèi)脹式面接觸”，增加了裝夾面積，使夾緊力均勻分布于薄壁陶瓷管上，且增加薄壁零件在加工過程中的剛性，減少了工件的振動，提高了陶瓷材料的加工精度。
[0032]本實用新型的夾緊方式獨特，陶瓷缸套內(nèi)脹式定芯夾具采用的是徑向夾緊方式，與彈性心軸夾具的彈簧片彈性變形夾緊方式不同。由于彈性脹體是由多塊相互分離的瓣式脹體組成，通過調(diào)節(jié)第一緊固螺母的位置，可以使錐體與彈性脹體之間保持緊密接觸，即當(dāng)錐體沿芯軸平移時，夾緊力均勻分布于薄壁陶瓷管上，此時可以實現(xiàn)工件的自動確定軸心的功能。此時，瓣式脹體沿軸向各點外圓的徑向尺寸的變化是一致的，工件與彈性脹體接觸的徑向方向的夾緊力基本一致，避免了工件的局部因夾緊力的不同而引起局部變形。
[0033]另外，本實用新型的夾緊方式為手動方式，裝卸工件簡便。工件在外圓磨削完成后，拆下端壓板即可進行端面磨削，實現(xiàn)了一次裝夾完成不同工序的加工，保證了陶瓷管的尺寸精度和形位精度。
[0034]同時，本實用新型對夾具材料要求不高，夾具中的關(guān)鍵零部件-----瓣式脹體的材料采用一般的鋁制材料即可，與彈性心軸不同，不需要采用彈性較大的材料制造。彈性脹體選用鋁制材料的優(yōu)點如下:一方面是鋁材密度小，能夠減輕夾具的重量;另一方面是鋁材質(zhì)軟，對陶瓷管內(nèi)壁的接觸應(yīng)力小。其余零部件的材料均為常見材料，如45鋼、Q235等，原則上，材料具備較好的耐磨性即可滿足本實用新型的使用要求。
[0035]綜上所述，本實用新型的內(nèi)脹式定芯夾具是在生產(chǎn)中為解決大直徑薄壁缸套類零件外圓及端面磨削加工的高精度要求而設(shè)計使用的專用夾具。生產(chǎn)實踐表明，此夾具的使用減少了夾緊力分布不均對陶瓷管產(chǎn)生的變形誤差，并且陶瓷管在外圓磨削完成后拆下端壓板即可進行端面磨削，實現(xiàn)了一次裝夾完成不同工序的加工，大大提高了陶瓷管的加工精度和生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0036]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0037]圖1為實施例1中內(nèi)脹式定芯夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2為圖1的A-A向剖視圖。
[0039]圖中標(biāo)記:I為芯軸，2為彈性脹體，3為錐體，4為第一緊固螺母，5為第二緊固螺母，6為端壓板，7為O型圈，8為環(huán)板，9為螺釘，10為內(nèi)襯陶瓷管。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細(xì)的說明。
[0041]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0042]實施例1
[0043]如圖所示，本實施例的內(nèi)脹式定芯夾具，包括芯軸1、與芯軸I軸線相重合的彈性脹體2、脹體連接件、錐體3、第一緊固螺母4、第二緊固螺母5、端壓板6，端壓板6呈圓環(huán)形。本實施例中，彈性脹體2采用3個瓣式脹體通過脹體連接件連接而成，彈性脹體2沿垂直于其軸向的截面呈圓環(huán)形。彈性脹體2的兩端內(nèi)側(cè)面分別設(shè)置有開口向外的圓錐面，瓣式脹體沿其徑向的截面呈梯形，錐體3為一組且錐體3相向設(shè)置在彈性脹體2的兩端，錐體3的錐面與彈性脹體2的圓錐面相配合。本實施例中，脹體連接件包括O型圈7、與彈性脹體2相配合的環(huán)板8、螺釘9，瓣式脹體的外側(cè)設(shè)置有與O型圈7相配合的凹槽，O型圈7設(shè)置在凹槽內(nèi)，環(huán)板8通過螺釘9與瓣式脹體相連。
[0044]第一緊固螺母4、第二緊固螺母5、端壓板6分別為一組，第一緊固螺母4分別設(shè)置在芯軸I的兩端且第一緊固螺母4能對設(shè)置在芯軸I上的錐體3進行擠壓，端壓板6、第二緊固螺母5依次設(shè)置在錐體3上。
[0045]采用該裝置對內(nèi)襯陶瓷管10的裝夾過程如下。
[0046]先將端壓板6、第二緊固螺母5依次設(shè)置在錐體3上，構(gòu)成端外錐。將一個端外錐設(shè)置在芯軸I的一端。再將彈性脹體2、待加工的內(nèi)襯陶瓷管10依次套在芯軸I上。之后，將另一個端外錐設(shè)置在芯軸I的另一端，最后將第一緊固螺母4分別設(shè)置在芯軸I的兩端。通過調(diào)節(jié)第一緊固螺母4的位置，讓錐體3與彈性脹體2之間的圓錐面緊密接觸，使待加工的內(nèi)襯陶瓷管10定位于彈性脹體2上。內(nèi)襯陶瓷管10定位裝夾完成后，就可以在外圓磨床上利用金剛石砂輪進行外圓磨削加工等操作。
[0047]在完成內(nèi)襯陶瓷管10管體的加工后，將端壓板6、第二緊固螺母5分別取下，保持第一緊固螺母4位置不變，由于工件長度略長于瓣式脹體，此時即可對待加工內(nèi)襯陶瓷管10的端面進行加工。從而實現(xiàn)了一次裝夾完成多道工序的加工，內(nèi)襯陶瓷管10的尺寸精度和形位精度都可以得到較好保證。當(dāng)完成內(nèi)襯陶瓷管10的外圓表面、端面加工后，松開第一緊固螺母4，瓣式脹體在O型圈7的彈性收縮作用下回到原位，即可實現(xiàn)內(nèi)襯陶瓷管10的拆下和下一件工件的裝夾。
[0048]采用本實用新型，能夠?qū)崿F(xiàn)對管狀工件尤其是薄壁管狀工件，如陶瓷缸套等的夾持，以進行磨削等操作。本實用新型中，彈性脹體2中瓣式脹體的數(shù)量可根據(jù)被加工工件內(nèi)孔尺寸的大小，適當(dāng)增減。
[0049]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種內(nèi)脹式定芯夾具，其特征在于，包括芯軸(I)、與芯軸(I)軸線相重合的彈性脹體(2)、脹體連接件、錐體(3)、第一緊固螺母(4)、第二緊固螺母(5)、端壓板(6)，所述端壓板(6)呈圓環(huán)形； 所述彈性脹體(2)由至少兩個瓣式脹體通過脹體連接件連接而成，所述彈性脹體(2)沿垂直于其軸向的截面呈圓環(huán)形；所述彈性脹體(2)的兩端內(nèi)側(cè)面分別設(shè)置有開口向外的圓錐面，所述瓣式脹體沿其徑向的截面呈梯形，所述錐體(3)為一組且錐體(3)相向設(shè)置在彈性脹體(2)的兩端，所述錐體(3)的錐面與彈性脹體(2)的圓錐面相配合；所述第一緊固螺母(4)、第二緊固螺母(5)、端壓板(6)分別為一組，所述第一緊固螺母(4)分別設(shè)置在芯軸(I)的兩端且第一緊固螺母(4)能對設(shè)置在芯軸(I)上的錐體(3)進行擠壓，所述端壓板(6)、第二緊固螺母(5)依次設(shè)置在錐體(3)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述內(nèi)脹式定芯夾具，其特征在于，所述彈性脹體(2)由3?8個瓣式脹體組成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述內(nèi)脹式定芯夾具，其特征在于，所述彈性脹體(2)由3個瓣式脹體組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述內(nèi)脹式定芯夾具，其特征在于，所述芯軸(I)呈圓柱狀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述內(nèi)脹式定芯夾具，其特征在于，所述瓣式脹體采用鋁材制備而成。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5任一項所述內(nèi)脹式定芯夾具，其特征在于，所述脹體連接件包括O型圈(7)、與彈性脹體(2)相配合的環(huán)板(8)、螺釘(9)，所述瓣式脹體的外側(cè)設(shè)置有與O型圈(7)相配合的凹槽，所述O型圈(7)設(shè)置在凹槽內(nèi)，所述環(huán)板(8)通過螺釘(9)與瓣式脹體相連。
【文檔編號】B23B31/40GK205414458SQ201620141134
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年2月25日
【發(fā)明人】楊先龍, 佘瑞峰, 陳昌偉, 葉波, 宋小琴, 梅國
【申請人】四川聚能核技術(shù)工程有限公司