一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具及其使用方法

一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具及其使用方法。其增加零件加工過程中的剛性，使零件在切削過程中效率高、質量穩(wěn)定；其結構緊湊，定位可靠，操作方便快捷。本發(fā)明采用的技術方案為包括底座，底座上表面設置有分模塊一和分模塊二，分模塊一的開口端和分模塊二的開口端相對設置，分模塊二的兩側上表面分別設置有頂緊塊一，頂緊塊一上設置有與其相垂直的頂緊銷一，分模塊二的上表面中心設置有定位塊一和“Z”型的定位支撐，定位支撐上表面的伸出端設置有定位塊二，分模塊一上設置有頂緊塊二，頂緊塊二上相對定位塊一設置有頂緊銷二，分模塊二另一側設置有支撐座，支撐座和分模塊二通過軸連接，軸的外側設置有轉動桿。
【專利說明】一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具及其使用方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具及其使用方法。

【背景技術】
[0002] 飛機發(fā)動機的零部件要求重量輕，強度好，精度高。目前發(fā)動機零件多數(shù)采用高溫 合金材料，零件壁厚越來越薄，制造精度都在〇. 01mm以內(nèi)。
[0003] 薄壁零件是航空發(fā)動機零部件中非常關鍵重要的一類零件。薄壁零件制造工作量 占整機制造工作量的10%左右。薄壁零件多數(shù)形狀復雜不規(guī)則，與普通零件有很大差異，另 外材料切削性能差，所以，是較難加工的一類零件。
[0004] 薄壁殼體零件加工時在切削力的作用下，容易引起熱變形、產(chǎn)生振動和殘余應力 引起變形，影響工件的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度，這類零件的壁厚與它的長、寬、高 尺寸相比較，相差懸殊，剛性差、易變形，加工時會出現(xiàn)振刀、零件竄動、讓刀等情況，易引起 超差報廢，所以，如何在薄壁殼體零件加工中提高效率和加工精度是各個國家競相追逐的 一個目標，合理的裝夾零件成為提高加工質量和效率的關鍵。
[0005] -、通過澆鑄低熔點合金改善壁薄殼體零件在加工中的剛性問題，錫鉍合金熔點 只有58_160°C，熱熔化后具有良好的流動性。
[0006] 加工薄壁零件時會遇到各種各樣的問題，要解決這些問題就必須根據(jù)其不同的特 點，找出薄弱環(huán)節(jié)，選出不同的工藝方法和夾緊方法來保證加工要求。
[0007] 1、薄壁殼體零件的設計基準通常不是零件上的面或圓，而是相對獨立的點，裝夾 定位如果按照基準統(tǒng)一原則，將設計基準和加工基準重合，用零件上基準點去定位，定位可 靠性會降低，夾具制造難度增加，工人在裝夾零件時耗時長。
[0008] 2、薄壁殼體零件內(nèi)部型腔大導致剛性差，在銑削這些部位時常常出現(xiàn)問題是：銑 刀銑到型腔部分時，由于型腔部分剛性差，在受到切削力時殼體往回收縮，刀具切削深度給 至Ijo. 5mm，零件在統(tǒng)刀統(tǒng)過之后尺寸變化只有0. 1mm或更少；而剛性好的部位切削0. 5mm，尺 寸實際變化就是〇. 5mm。結果就是剛性好的部分尺寸超差，剛性差的部位尺寸還沒到，零件 合格率低。
[0009] 3、薄壁殼體零件加工效率低是行業(yè)內(nèi)部普遍共識，想提高效率必須加大切削量和 切削速度，但隨著加工參數(shù)變化零件加工狀態(tài)不穩(wěn)定，普遍出現(xiàn)是讓刀、振刀、尺寸變化大 等現(xiàn)象。
[0010] 二、零件裝夾是影響加工質量和效率的重要因素 鑄造殼體零件是航空發(fā)動機零部件中非常關鍵重要的一類零件。薄壁殼體零件多數(shù)形 狀復雜不規(guī)則，與普通零件有很大差異，特殊之處是鑄造零件的設計基準不是在零件的外 表面而是特殊的幾個點上，這些點有可能是1個小平面或者是面上某個點，通過很小的面 或理論上的幾個點定位(見零件毛料圖和照片)，使得加工時零件裝夾和壓緊變得困難，給 加工過程帶來很多不確定性。加之材料切削性能差，所以，是較難加工的一類零件。
[0011] 鑄造高溫合金薄壁殼體零件的加工在切削力的作用下，容易引起熱變形、產(chǎn)生振 動和殘余應力引起變形，影響工件的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度，相差懸殊，剛性較 差、易變形，加工時會出現(xiàn)振刀、零件竄動等情況，易引起超差報廢，所以，如何在薄壁殼體 零件加工中提高效率和表面完整性是各個國家競相追逐的一個目標，合理的裝夾零件成為 提高加工質量和效率的關鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明為了解決上述【背景技術】中的不足之處，提供一種加工薄壁零件的低熔點合 金澆鑄夾具及其使用方法，其增加零件加工過程中的剛性，使零件在切削過程中效率更高、 質量更穩(wěn)定；新設計的轉換基準的夾具結構緊湊，定位可靠，操作方便快捷；零件空腔部分 在澆鑄低熔點合金后加工效率提高，表面完整性得到提升，澆鑄的低熔點合金加工后通過 加熱溶解回收，成本低廉。
[0013] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種加工薄壁零件的低熔點合金澆 鑄夾具，其特征在于：包括底座，底座上表面設置有分模塊一和分模塊二，所述的分模塊一 的橫截面形狀為"幾"字型，所述的分模塊二的橫截面形狀為"M"型，分模塊一的開口端和 分模塊二的開口端相對設置通過螺釘連接，所述的分模塊二的兩側上表面分別設置有頂緊 塊一，頂緊塊一上設置有與其相垂直的頂緊銷一，所述的分模塊二的上表面中心通過螺釘 設置有定位塊一和"Z"型的定位支撐，定位支撐上表面的伸出端設置有定位塊二，所述的分 模塊一上設置有頂緊塊二，頂緊塊二上相對定位塊一設置有頂緊銷二，所述的分模塊二另 一側設置有支撐座，支撐座和分模塊二通過軸連接，軸的外側設置有轉動桿。
[0014] 所述的底座的兩側分別設置有把手。
[0015] 所述的定位塊二通過銷子與定位支撐連接。
[0016] 一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具的使用方法：其特征在于： 1) 將零件毛坯按照X方向由A1、A2、A3 3個基準點確定，Y方向由B1、B2 2個基準點確 定，Z方向由Cl 1個基準點確定定位點的順序，基準點A2和A3朝向下擺放緊貼底座，基準 點B1貼緊分模塊二內(nèi)壁，然后使用頂緊銷一和頂緊銷二頂緊零件毛坯，防止零件竄動； 2) 澆鑄低熔點合金至與分模塊一和分模塊二齊平； 3) 待低熔點合金冷卻后，松開頂緊銷一、頂緊銷二和螺釘，通過轉動桿和軸，將分模塊 一向外拉動，將分模塊一和分模塊二分開，將燒鑄后的毛述零件取出。
[0017] 所述的燒鑄低烙點合金為錫秘合金。
[0018] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下： 1、 將薄壁殼體零件毛坯的設計基準由幾個點轉換到面積較大的工藝臺上，便于零件裝 夾和壓緊，與現(xiàn)有結構夾具相比裝夾時間節(jié)省80%以上，裝夾穩(wěn)定性上有了很大改善； 2、 對薄壁殼體零件毛坯剛性差的空腔部位進行低熔點金屬填充后，提高零件加工時的 零件剛性，從而實現(xiàn)大余量切削，與現(xiàn)有技術相比加工效率提升100%以上，并且加工后表 面的質量能夠達到1. 6 μ m,而現(xiàn)有技術只能達到6. 3 μ m。
[0019] 3、對加工后的零件毛坯進行后期處理，將填充的低熔點合金在低溫下溶解，溶解 后的低熔點合金進行回收便于重復使用，降低加工成本，與現(xiàn)有技術相比增加了低熔點合 金澆注前加熱溶解和加工后溶解合金的電費。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖； 圖2為圖1的主視圖； 圖3為圖1的俯視圖； 圖4為圖1的側視圖； 圖5為零件毛坯圖； 圖6為零件毛坯的俯視圖； 圖7為本發(fā)明加工后的零件成品圖； 圖8為圖7的主視圖； 圖9為圖7的俯視圖； 圖10為圖7的側視圖； 1一底座，2-把手，3-頂緊銷一，4一頂緊塊一，5-定位支撐，6-定位塊一，7-支撐 座，8-軸，9 一轉動桿，10-螺釘一，11 一螺釘二，12-轉動墊圈，13-分模塊一，14 一分模塊 二，15-定位銷，16-頂緊銷二，17-螺母，18-定位塊二，19-頂緊塊二，20-凹槽，21-面 1，22-面 2，23-面 3，24-面 4，25-面 5，26-面 6。
[0021]

【具體實施方式】： 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明： 參見圖1-圖4 :一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具，包括底座1，底座1上表面 設置有分模塊一 13和分模塊二14,所述的分模塊一 13的橫截面形狀為"幾"字型，所述的 分模塊二14的橫截面形狀為"M"型，分模塊一 13的開口端和分模塊二14的開口端相對設 置通過螺釘一 10和螺釘二11連接，所述的螺釘一 10和螺釘二11與分模塊一 13之間設置 有轉動墊圈12,所述的分模塊二14的兩側上表面分別設置有頂緊塊一 4,頂緊塊一 4上設 置有與其相垂直的頂緊銷一 3,所述的分模塊二14的上表面中心通過螺釘設置有定位塊一 6和"Z"型的定位支撐5,定位支撐5上表面的伸出端設置有定位塊二18,所述的分模塊一 13上設置有頂緊塊二19,頂緊塊二19上相對定位塊一 6設置有頂緊銷二16,所述的分模 塊二14另一側設置有支撐座7,支撐座7和分模塊二14通過軸8連接，軸8上設置有螺母 17,螺母17設置于支撐座7與分模塊二14之間的軸8上，軸8的外側設置有轉動桿9。
[0022] 所述的定位塊一 6、定位支撐5上分別同于定位銷15與分模塊一 13和分模塊二 14連接。
[0023] 所述的底座1的兩側分別設置有把手2。
[0024] 所述的定位塊二18通過銷子與定位支撐5連接。
[0025] -種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具的使用方法的步驟為： 1) 、將零件毛坯按照X方向由Al、A2、A3 3個基準點確定，Y方向由Bl、B2 2個基準點 確定，Z方向由Cl 1個基準點確定定位點的順序，基準點A2和A3朝向下擺放緊貼底座1， 基準點B1貼緊分模塊二14內(nèi)壁，然后使用頂緊銷一 3和頂緊銷二16頂緊零件毛坯，防止 零件竄動； 2) 、澆鑄低熔點合金至與分模塊一 13和分模塊二14齊平； 3) 、待低熔點合金冷卻后，松開頂緊銷一 3、頂緊銷二16和螺釘11，通過轉動桿9和轉 動軸8,將分模塊一 13向外拉動，將分模塊一 13和分模塊二14分開，將燒鑄后的毛述零件 取出。
[0026] 所述的澆鑄低熔點合金為錫鉍合金。
[0027] 實施例： 參見圖5-圖10為加工后的成品圖；（高溫合金鑄造殼體零件圖） 一、對采用該發(fā)明加工的一個零件操作過程和本發(fā)明澆鑄夾具進行說明： 圖7成品零件為高溫合金鑄造殼體零件，材料INC0L718,規(guī)格223mmX147mmX285mm， 銑加工后零件最薄處約為3_。從圖中可以看出零件在X方向由Al、A2、A3 3個基準點確 定；Y方向由B1、B2 2個基準點確定；Z方向由Cl 1個基準點確定。
[0028] 將零件毛坯設計基準三個方向6個基準點通過本發(fā)明的夾具和澆鑄低熔點合金 轉移到工藝凸臺上。
[0029] 轉移基準澆鑄夾具的使用說明： 本發(fā)明的設計基準X方向基準A、Y方向基準B、Z方向基準C，三個基準相互垂直。
[0030] 本發(fā)明夾具上底座1、定位塊二18和零件毛坯設計基準A1、A2、A3配合；夾具上定 位塊18、分模塊二14和零件毛坯的設計基準B1、B2配合；夾具上定位塊一 6和零件毛坯上 設計基準C1配合，通過頂緊銷一 3、頂緊銷二16頂緊零件毛坯保證夾具上各個定位塊一 6、 定位塊二18、底座1、分模塊14和零件毛坯上基準點實現(xiàn)無間隙配合。
[0031] 本發(fā)明夾具上底座1、定位塊二18和夾具基準A平行度0.01mm，和A基準之間的 尺寸示零件毛坯的結構而定其余2個方向尺寸選定原則一樣；夾具上定位塊二18、分模塊 二14夾具基準B平行度0. 01mm ;夾具上定位塊一 6夾具基準C平行度0. 01mm。通過本發(fā) 明夾具上的定位塊一 6、定位塊二18、底座1、分模塊14將零件毛坯上6個點位的基準轉換 到夾具的設計基準A、B、C上。
[0032] 在本發(fā)明的夾具上表面的下部有一個部位叫澆鑄工藝臺凹槽20處，該處六個表 面同樣在X、Y、Z三個方向和夾具設計基準A、B、C形成嚴格形位公差，并且粗糙度低于 0. 8 u m。本發(fā)明將低熔點合金填充到該部位，在合金冷卻后就會得到兩個殼體之外的金屬 凸塊，本發(fā)明稱之為工藝凸臺。
[0033] 上述已經(jīng)澆鑄工藝臺凹槽處的六個面(參見圖3 )和本發(fā)明的夾具設計基準進行約 束，只要在合金澆鑄過程中保證合金的流動性，澆鑄后得到工藝臺能夠完全復制澆鑄工藝 臺凹槽處的六個面所有尺寸。再向前推就復制了夾具的設計基準A、B、C-復制了六個定位 銷相對尺寸一復制了零件上六個基準點點的相對位置。
[0034] 有了工藝臺后零件的裝夾和定位變得簡單了，只需將工藝臺六個面和銑床夾具進 行合理的擺放和壓緊就可以進行切削加工。
[0035] 二、對零件剛性差部位進行低熔點合金填充 該殼體零件毛坯中間為空腔部分可以說沒有強度，加工時更定會出現(xiàn)讓刀、扎刀等問 題，為了解決這個問題，本發(fā)明采取的方式是向空腔部分填充低熔點合金。這個零件毛坯在 選擇填充金屬時選用的金屬材料為錫鉍合金，因為錫鉍合金熔點只有58°C _160°C，熱熔化 后具有良好的流動性，不會造成零件毛坯的物理特性改變。
[0036] 由于采用低熔點錫鉍合金澆注固定的零件毛坯的實例不多，實際經(jīng)驗比較少，經(jīng) 多次配比試驗，該零件毛坯的填充低熔點合金配方比例如下： 銻（Sb) 9% ;鉛（Pb) 28. 5% ;鉍（Bi) 48% ;錫（Sn) 14. 5% ;熔點 120°C。
[0037] 因為澆鑄了合金，原來薄壁殼體被被連成一體，零件毛坯的剛性大大地增強。這種 情況下加工零件毛坯就完全不考慮零件加工后的回彈和應力釋放。
[0038] 利用澆鑄出來的工藝臺定位將零件毛坯放入銑床夾具中，壓板壓緊工藝臺上部， 對零件毛坯的需要加工的表面進行銑削，因為有了工藝臺定位，同時零件毛坯內(nèi)部進行了 低熔點合金金屬的填充，銑削過程變得輕快，加工效率及零件表面完整性得到改善。通過改 進，每次進刀切削深度由〇· 1mm提高到2mm以上；切削速度由5mm/分鐘提高到30mm/分鐘。 從加工效率上出現(xiàn)了質的飛躍。加工質量上尺寸穩(wěn)定，原來加工時有振刀紋路不再存在，現(xiàn) 在加工后的零件表面粗糙度達到或接近1. 6 μ m。
[0039] 三、實現(xiàn)環(huán)保、低成本的零件加工 銻（Sb);鉛（Pb);鉍（Bi);錫（Sn)熔點低，加熱溶解后沒有有毒氣體釋放，無需另外 增加排塵回收裝置；加工結束后將成品零件和填充的低熔點合金一并放入150°C干鍋中加 熱，低熔點合金加熱后在干鍋中溶解成液態(tài)，而成品零件本身材料是高溫合金，在150°C環(huán) 境下內(nèi)部組織和外部應力都不會發(fā)生改變，待澆鑄金屬完全溶解后就可以得到合格的成品 零件。而溶解后的低熔點合金又可以進行后續(xù)零件加工，實現(xiàn)了低成本運營，便于批量生 產(chǎn)。
【權利要求】
1. 一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具，其特征在于：包括底座（1)，底座（1)上 表面設置有分模塊一（13)和分模塊二（14)，所述的分模塊一（13)的橫截面形狀為"幾"字 型，所述的分模塊二（14)的橫截面形狀為"M"型，分模塊一（13)的開口端和分模塊二（14) 的開口端相對設置通過螺釘連接，所述的分模塊二（14)的兩側上表面分別設置有頂緊塊一 (4)，頂緊塊一（4)上設置有與其相垂直的頂緊銷一（3)，所述的分模塊二（14)的上表面中 心通過螺釘設置有定位塊一（6)和"Z"型的定位支撐（5)，定位支撐（5)上表面的伸出端設 置有定位塊二（18)，所述的分模塊一（13)上設置有頂緊塊二（19)，頂緊塊二（19)上相對 定位塊一（6)設置有頂緊銷二（16)，所述的分模塊二（14)另一側設置有支撐座（7)，支撐座 (7 )和分模塊二（14)通過軸（8 )連接，軸（8 )的外側設置有轉動桿（9 )。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具，其特征在于：所 述的底座（1)的兩側分別設置有把手（2)。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具，其特征在于： 所述的定位塊二（18)通過銷子與定位支撐（5)連接。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具的使用方法：其特 征在于： 1) 將零件毛坯按照X方向由A1、A2、A3 3個基準點確定，Y方向由B1、B2 2個基準點確 定，Z方向由Cl 1個基準點確定定位點的順序，基準點A2和A3朝向下擺放緊貼底座（1)， 基準點B1貼緊分模塊二（14)內(nèi)壁，然后使用頂緊銷一（3)和頂緊銷二（16)頂緊零件毛坯， 防止零件竄動； 2) 澆鑄低熔點合金至與分模塊一（13)和分模塊二（14)齊平； 3) 待低熔點合金冷卻后，松開頂緊銷一（3)、頂緊銷二（16)和螺釘（11)，通過轉動桿 (9 )和軸（8 )，將分模塊一（13 )向外拉動，將分模塊一（13 )和分模塊二（14)分開，將燒鑄后 的毛坯零件取出。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種加工薄壁零件的低熔點合金澆鑄夾具的使用方法：其特 征在于：所述的澆鑄低熔點合金為錫鉍合金。
【文檔編號】B22D19/16GK104057063SQ201410219829
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2014年5月23日
【發(fā)明者】張光偉, 董川, 趙養(yǎng)智, 魏廣生 申請人:西安西航集團萊特航空制造技術有限公司