一種內脹式定芯夾具及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及裝配領域，尤其是一種內脹式定芯夾具及其應用。本發明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，具有較好的應用前景。
【背景技術】
[0002]在石油儲層較深、地質結構惡劣的鉆采環境以及海上石油、天然氣的開發過程中，通常需要采用地質勘探設備泥漿栗，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到0.2-0.4μπι)，同時其對材質和硬度也有較高要求。
[0003]陶瓷缸套內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、磨削熱和內應力等作用，陶瓷缸套極易產生各種類型的表面/亞表面損傷，諸如變形層、表面/亞表面微裂紋、模糊表面、相變區域、殘余應力等，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量。因此，合理地選擇裝夾工具和方法是保證陶瓷缸套內襯薄壁陶瓷管加工精度的關鍵。
[0004]常規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夾緊零件內孔，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，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，通過擰緊或放松夾緊螺釘，實現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，將會產生徑向的脹開或收縮，從而實現對工件的徑向夾緊或松開。
[0006]不容否認，前述兩類夾具的優點是顯而易見的。當被加工零件內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構簡單，零件數量較少，產生的誤差環節少，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孔尺寸一致性較差的成批零件的加工。
[0007]然而，經過認真分析后發現，這兩類夾具在應用上存在很大的局限性。其中，剛性心軸夾具的尺寸適應性較差，它要求被加工零件的內孔尺寸精度加高，否則，剛性心軸將會與不同工件內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與外圓間位置精度的要求。而彈性心軸夾具雖可以適應內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面影響是非常嚴重的。
[0008]為此，迫切需要一種新的夾具以解決上述問題。
【發明內容】
[0009]本發明的發明目的在于:針對大直徑薄壁零件(尤其是陶瓷缸套內襯陶瓷管)進行裝夾加工時，剛性心軸夾具的尺寸適應性較差，而采用彈性芯軸夾具的精度較差的問題，提供一種內脹式定芯夾具及其應用，尤其是一種用于薄壁管狀工件的內脹式定芯夾具及其應用。本發明涉及機械加工領域，特別適用于脆性薄壁缸套類零件的夾緊，可用于相應的磨削加工等操作。本發明能夠用于對管狀工件的夾持，滿足其外圓及端面的后續加工需求。本發明采用雙錐面的徑向夾緊方式，實現了工件與夾具之間的內脹式面接觸，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型圈實現了彈性脹體的自動復位，通過瓣式脹體實現自定心功能。本發明設計合理，使用方便，能夠實現對管狀工件(尤其是薄壁管狀工件)的夾持，具有較好的應用前景。經實際測定，采用本發明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]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種內脹式定芯夾具，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形；
所述彈性脹體的兩端內側面分別設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置在芯軸的兩端且第一緊固螺母能對設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置在錐體上。
[0011 ]所述彈性脹體由3~8個瓣式脹體組成。
[0012]所述彈性脹體由3個瓣式脹體組成。
[0013]所述芯軸呈圓柱狀。
[0014]所述瓣式脹體采用鋁材制備而成。
[0015]所述脹體連接件包括O型圈、與彈性脹體相配合的環板、螺釘，所述瓣式脹體的外側設置有與O型圈相配合的凹槽，所述O型圈設置在凹槽內，所述環板通過螺釘與瓣式脹體相連。
[0016]前述內脹式定芯夾具的應用，將該內脹式定芯夾具用于管狀工件的夾持。
[0017]將該內脹式定芯夾具用于陶瓷缸套磨削。
[0018]包括如下步驟:先將端壓板、第二緊固螺母依次設置在錐體上，構成端外錐，再將一個端外錐設置在芯軸的一端，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置在芯軸的另一端，最后將第一緊固螺母分別設置在芯軸的兩端，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。
[0019]所述第一緊固螺母分別位于錐體的外側。
[0020]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。
[0021]針對前述問題，本發明提供一種內脹式定芯夾具及其應用。該內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置在錐體上。采用該結構，端壓板能夠對管狀工件(尤其是薄壁管狀工件)進行定位，且在夾具夾緊的過程中，能夠提供相應的支撐。
[0022]本發明中，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形。彈性脹體的兩端內側面分別設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。采用該結構，彈性脹體的兩端內側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置在芯軸的兩端且第一緊固螺母能對設置在芯軸上的錐體進行擠壓。采用該結構，通過調節第一緊固螺母在芯軸上的相對位置，能夠對錐體、彈性脹體進行擠壓，進而實現本發明對工件的夾緊。
[0023]采用本發明對工件進行裝夾時，先將端壓板、第二緊固螺母依次設置在錐體上，構成端外錐，將一個端外錐設置在芯軸的一端，再將彈性脹體、待加工的工件依次套在芯軸上，之后，將另一個端外錐設置在芯軸的另一端，最后將第一緊固螺母分別設置在芯軸的兩端，通過調節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。采用本發明，能夠實現對管狀工件(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。
[0024]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。采用本發明，實現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，即可實現工件的拆下和下一件工件的裝夾。
[0025]彈性脹體由3?8個瓣式脹體組成，優選為由3個瓣式脹體組成。本發明中，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致錐體的軸向移動，進而帶動瓣式脹體沿徑向伸縮，產生徑向的脹開或收縮，實現對工件的夾緊與松開。
[0026]進一步，脹體連接件包括O型圈、與彈性脹體相配合的環板、螺釘，瓣式脹體的外側設置有與O型圈相配合的凹槽，O型圈設置在