专利名称：石蜡填充弱刚性零件的加工工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种零件加工，特别涉及石蜡填充弱刚性零件的加工工艺及装置。
背景技术：
在航空钛合金整体框、梁及大型整体壁板制造过程中，由于零件结构形状普遍比较复杂，外形协调要求高，金属去除量大，相对刚度较低，加工工艺性差，在切削力、切削振动、切削热等多种因素的影响下，导致钛合金薄壁件加工中容易出现让刀、变形、振动等问题，特别是钛合金薄壁结构件这一现象更为明显，加工质量难以控制。目前，在实际加工生产中，只能够通过降低工艺参数进行保守加工，即使如此，仍不能完全解决问题，最终需要钳工进行打磨后处理。这样大大的降低了现场的加工效率，浪费大量的人力、物力和和财力。贾广杰(薄壁壳体石蜡填充高速加工法.贾广杰.新技术新工艺NEW TECHNOLOGY & NEffPROCESS 2009年第03期)研究的薄壁零件石蜡填充技术，改变了零件的固有振动频率， 但该技术的效果有待进一步提高，目前，我国尚没有钛合金框类弱刚度件的石蜡填充工艺的成套系统。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题而提供一种石蜡填充弱刚性零件的加工工艺及装置，能更好地提高工件刚度同时实现吸振减振，满足稳定高效切削要求。本发明通过如下技术方案实现一种石蜡填充弱刚性零件的加工工艺，包括步骤如下(1)称取所需固体石蜡量；(2)将石蜡加热融化；(3)分层浇注；(4)打磨石蜡表面以满足工件要求。所述的工件优选主要针对航空制造业的钛合金框类弱刚度零件，同时也适用于其他材料的弱刚性类零件。上述石蜡的量为工件内框的总有效容积与石蜡密度的乘积。所述的石蜡的加热温度为控制在70°C -80°C，优选75°C，既能保证石蜡快速融化， 也能缩短石蜡冷凝时间。所述的分层浇注优选在工件上铺纱布用石蜡一次浇注工件，室温下凝固时间不低于20min (优选20min-35min)，再铺上一层纱布用石蜡二次浇注，冷却凝固，两次凝固总时间不低于40min。所述的一次浇注和二次浇注，一次浇注在整个浇注过程的中前期，即浇注量为工件内框有效容积的1/2-3/4体积时，浇注速度控制在0. 4-0. 6m/s，二次浇注在整个浇注过程的后期，即浇注量为工件内框有效容积的后1/4-1/2体积时，浇注速度减速至0. 2-0. 3m/ s ；一、二次浇筑总量等于或略小于工件内框的有效容积。
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工艺流程优选原料准备-石蜡融化-一次浇注-二次浇注-打磨-检测-装夹-加工完毕石蜡回收。必须严格按照技术要求，主要包括石蜡与工件界面结合牢固不能松动、石蜡填充高度不能高于工件表面、石蜡凝固总时间不能低于40min等。一种石蜡填充弱刚性零件的加工装置，包括石蜡浇注装置和其下面的水浴加热装置，所述的石蜡浇注装置包括盛放石蜡的壳体，壳体顶部设石蜡盖，壳体下部近底部设有内接头，内接头连接壳体外的外接头，外接头通过球阀与流出口相连。所述的水浴加热装置包括封闭的水箱体，水箱体内设有加热器，水箱体上设水盖和出水口。所述的水箱体上设压力表和安全阀。所述的石蜡盖上设摇柄。本发明提供了一种应用于航空弱刚度件的加工工艺及装置，能简单、有效、实用地提高弱刚度件加工刚度，振动幅值最大值减小减幅约为46% 69%，表面粗糙度值减幅约为6% 25%，改善加工效果，具有操作方便、结构简单、可回收利用的特点。且石蜡成本较低，能够有效的提高工件的加工效率和质量，减少机床操作工人和钳工的工作时间和精力， 降低加工成本，并且安全、可靠。采用分层浇注的方式，可以有效的减少冷却时间，提高冷凝效果，增加石蜡与工件结合强度。
图1是石蜡填充工艺系统示意图；图2是石蜡填充弱刚性零件的加工装置主视图；图3是石蜡填充弱刚性零件的加工装置右示图；图4是图2的A-A向剖视图；图5是钛合金框类弱刚度件毛坯；图6是石蜡填充方式，其中1、6、8为填充石蜡的，其他为未填充的；图7是7-a_2不同加工阶段加工过程振动时时间历程；图8是3-C-2不同加工阶段加工过程振动时时间历程；图9是3-C-2和7-a_2振动频谱对比；图10是2-b_2和2-d-2振动频谱对比；
图11是3-b_2和9-b_2振动频谱对比；图12是7-a表面粗糙度三维图；图13是3-c表面粗糙度三维图；图14是石蜡辅助加固实验表面粗糙度对比；图15是石蜡填充钛合金双面框类工件图；图16是A框第一层腹板振动时间历程；图17是B框第一层腹板振动时间历程；图18是A框第一层位置3振动信号分析；图19是B框第一层位置3振动信号分析；图20是A框第二层腹板振动时间历程；图21是B框第二层腹板振动时间历程；
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图22是A框第三层腹板振动时间历程；图23是B框第三层腹板振动时间历程；图M是A框第四层腹板振动时间历程；图25是B框第四层腹板振动时间历程；图沈是A框测量位置；图27是B框测量位置；图观是A框和B框腹板厚度对比；图四是不同方式浇注石蜡对比，(a)分层浇注加纱布，(b)分层浇注不加纱布，(C) 一次性浇注不加纱布，一次性浇注加纱布；其中1、石蜡填充弱刚性零件的加工装置，2、夹持装置，3、工件系统，4、填充介质 (石蜡)，5、纱布，6、出水口，7、排气阀，8、压力表，9、水盖，10、安全阀，11、石蜡盖，12、壳体， 13、水箱体，14、密封圈，15、密封垫圈，16、螺母，17、外接头，18、内接头，19、球阀，20、流出口，21、电阻丝，22、电线，23、摇柄。
具体实施例方式一种石蜡填充弱刚性零件的加工装置，包括石蜡浇注装置和其下面的水浴加热装置，所述的石蜡浇注装置包括盛放石蜡的壳体12，壳体12顶部设石蜡盖11，壳体12下部近底部设有内接头18，内接头18连接壳体外的外接头17，外接头17通过球阀19与流出口 20 相连。所述的水浴加热装置包括封闭的水箱体13，水箱体13内设有加热器，水箱体13上设水盖9和出水口 6。所述的水箱体13上设压力表8和安全阀10。所述的石蜡盖11上设摇柄23。实施例1石蜡填充弱刚性零件的加工工艺(1)原料准备通过计算工件内框体积，进而计算所需固体石蜡量，进行原材料的准备。但是必须严格控制装料容量。装料容量不足则不能充分填充框内腹腔，起不到良好的填充效果；反之，容量过大，浇注过量后会溢出框外。石蜡填充装置装料容量可用下列经验公式计算Q = V · ρQ——装料容量，Kg ；V——工件内框的总有效容积，L ；ρ——石蜡的密度，g/cm3。(2)石蜡融化操作夹持装置2使石蜡融化填充装置1置于指定位置，即工件内框上方。打开石蜡盖11，将准备好的石蜡原料放入壳体12内；打开水盖9，将水倒进水箱体13内，后拧紧水盖，将与电阻丝21相连电线22通电，压力表8的作用是用来测量和指示水箱体13内压力的大小，安全阀10是当水箱体内压力超过规定值时，能自动排出蒸汽，防止压力继续升高， 以保证该装置的安全。石蜡融化填充装置使用完毕后，打开出水口 6，将水箱体内的水排出，
5避免水长期留在箱体内，产生水垢等杂质。在电阻丝21通电加热的过程中，手动摇动摇柄 23,对石蜡进行搅拌，使石蜡均勻融化。石蜡的加热温度为控制在70°C，既能保证石蜡快速融化，也能缩短石蜡冷凝时间， 使冷却时间在可以接受的范围内。(3) 一次浇注将所需填充的工件系统3置于机床工作台上，保持工件水平放置。在工件内框放置一层纱布5，打开球阀19，使液体石蜡从流水口 20流出。进行石蜡第一浇注，但必须注意浇注位置，浇注速度和浇注量。浇注位置，必须保证处在工件内框上方，最好是出于中心位置，这样便于浇注的均勻性；浇注量为工件内框有效容积的3/4体积，浇注速度控制在 0. 5m/s。浇注完毕后，常温下放置20min，使石蜡自然凝固到一定的程度，或者使用辅助手段如冷风机等措施来提高冷却速度，减少冷凝时间。(4) 二次浇注在一次浇注的基础上，铺层纱布5，进行石蜡的二次浇注，浇注量为工件内框剩余部分，即浇注量为工件内框有效容积的后1/4体积，浇注速度减速至0. 25m/s，将框填满。在二次浇注时必须严格控制浇注速度，低于或等于0. 25m/s，尤其在浇注终了阶段，更要保持速度低速慢行，这样便于对于浇注量有一个精确的控制，同时防止石蜡液体的溅出或过量。 浇注完毕后，同样采用常温放置自然冷凝，时间为20min，或者强制冷却(如采用冷风机等) 来凝固石蜡，。浇注完毕后关闭球阀19，将石蜡融化填充装置移开，远离机床工作台。(5)打磨石蜡冷却后，对浇注时洒落或溅出在周围的石蜡进行去除，同时对石蜡成型表面进行观察是否达到要求，若不满足要求，如石蜡表面高度比工件表面高度高，则要进行一定的打磨，去除多余的石蜡部分。(6)检测需要检验人员对石蜡浇注的最终结果进行检测，必须符合要求，到达以下标准a、对石蜡硬度进行检查，观测石蜡是否充分凝固。b、工件表面不能残留石蜡(去除石蜡残留要注意不能损伤工件表面)C、石蜡成型表面不能高于工件表面高度(7)装夹将石蜡填充后的工件装夹，定位，进行机械加工。(8)石蜡回收工件加工完毕后对石蜡进行回收处理，石蜡回收时注意不能损伤工件加工表面， 对回收的石蜡进行处理，去除掺杂进石蜡的切屑等杂质，以实现石蜡的可持续再利用。实施例2石蜡填充弱刚性零件的加工工艺(1)原料准备通过计算工件内框体积，进而计算所需固体石蜡量，进行原材料的准备。但是必须严格控制装料容量。装料容量不足则不能充分填充框内腹腔，起不到良好的填充效果；反之，容量过大，浇注过量后会溢出框外。石蜡填充装置装料容量可用下列经验公式计算Q = V · ρ
Q——装料容量，Kg ；V——工件内框的总有效容积，L ；ρ——石蜡的密度，g/cm3。(2)石蜡融化操作夹持装置2使石蜡融化填充装置1置于指定位置，即工件内框上方。打开石蜡盖11，将准备好的石蜡原料放入壳体12内；打开水盖9，将水倒进水箱体13内，后拧紧水盖，将与电阻丝21相连电线22通电，压力表8的作用是用来测量和指示水箱体13内压力的大小，安全阀10是当水箱体内压力超过规定值时，能自动排出蒸汽，防止压力继续升高， 以保证该装置的安全。石蜡融化填充装置使用完毕后，打开出水口 6，将水箱体内的水排出， 避免水长期留在箱体内，产生水垢等杂质。在电阻丝21通电加热的过程中，手动摇动摇柄 23,对石蜡进行搅拌，使石蜡均勻融化。石蜡的加热温度为控制在80°C，既能保证石蜡快速融化，也能缩短石蜡冷凝时间， 使冷却时间在可以接受的范围内。(3) 一次浇注将所需填充的工件系统3置于机床工作台上，保持工件水平放置。在工件内框放置一层纱布5，打开球阀19，使液体石蜡从流水口 20流出。进行石蜡第一浇注，但必须注意浇注位置，浇注速度和浇注量。浇注位置，必须保证处在工件内框上方，最好是出于中心位置，这样便于浇注的均勻性；浇注量为工件内框有效容积的1/2体积时，浇注速度控制在 0. 5m/s。浇注完毕后，常温下放置20min，使石蜡自然凝固到一定的程度，或者使用辅助手段如冷风机等措施来提高冷却速度，减少冷凝时间。(4) 二次浇注在一次浇注的基础上，铺层纱布5，对内框剩余部分进行石蜡的二次浇注，浇注量为工件内框有效容积的后1/2体积，浇注速度减速至0. 20m/s，将框填满。在二次浇注时必须严格控制浇注速度，尤其在浇注终了阶段，更要保持速度低速慢行，这样便于对于浇注量有一个精确的控制，同时防止石蜡液体的溅出或过量。浇注完毕后，同样采用常温放置自然冷凝，时间为20min，或者强制冷却(如采用冷风机等)来凝固石蜡，。浇注完毕后关闭球阀 19,将石蜡融化填充装置移开，远离机床工作台。(5)打磨石蜡冷却后，对浇注时洒落或溅出在周围的石蜡进行去除，同时对石蜡成型表面进行观察是否达到要求，若不满足要求，如石蜡表面高度比工件表面高度高，则要进行一定的打磨，去除多余的石蜡部分。(6)检测需要检验人员对石蜡浇注的最终结果进行检测，必须符合要求，到达以下标准a、对石蜡硬度进行检查，观测石蜡是否充分凝固。b、工件表面不能残留石蜡(去除石蜡残留要注意不能损伤工件表面)C、石蜡成型表面不能高于工件表面高度(7)装夹将石蜡填充后的工件装夹，定位，进行机械加工。(8)石蜡回收
工件加工完毕后对石蜡进行回收处理，石蜡回收时注意不能损伤工件加工表面， 对回收的石蜡进行处理，去除掺杂进石蜡的切屑等杂质，以实现石蜡的可持续再利用。效果试验对图5中钛合金框类弱刚度件部分小框进行石蜡填充，后对侧壁进行加工，同时在相同的工况下对不填充石蜡的小框进行侧壁加工，图6为石蜡填充方式，后对有无石蜡填充两种情况下加工过程中的振动情况和加工效果进行对比，表1为石蜡辅助加固实验走刀策略。表1石蜡填充侧壁加工实验走刀策略
权利要求
1.一种石蜡填充弱刚性零件的加工工艺，其特征是，包括步骤如下(1)称取所需固体石蜡量；(2)将石蜡加热融化；(3)用石蜡对工件进行分层浇注；(4)打磨石蜡表面以满足工件要求。
2.根据权利要求1所述的石蜡填充弱刚性零件的加工工艺，其特征是所述的分层浇注为在工件上铺纱布用石蜡一次浇注工件，室温下凝固时间不能低于20min，再铺上一层纱布用石蜡二次浇注，冷却凝固，两次浇注冷凝时间不低于40min。
3.根据权利要求2所述的石蜡填充弱刚性零件的加工工艺，其特征是所述的一次浇注和二次浇注，一次浇注浇注量为工件内框有效容积的1/2-3/4体积时，浇注速度控制在 0. 4-0. 6m/s，二次浇注浇注量为工件内框有效容积的后1/4-1/2体积时，浇注速度减速至 0. 2-0. 3m/s，一、二次浇筑总量必须等于或略小于工件内框的有效容积。
4.根据权利要求1所述的石蜡填充弱刚性零件的加工工艺，其特征是所述的石蜡的量为工件内框的总有效容积与石蜡密度的乘积。
5.根据权利要求1所述的石蜡填充弱刚性零件的加工工艺，其特征是所述的石蜡的加热融化温度控制在70°C -80°C。
6.一种石蜡填充弱刚性零件的加工装置，其特征是，包括石蜡浇注装置和其下面的水浴加热装置，所述的石蜡浇注装置包括盛放石蜡的壳体，壳体顶部设石蜡盖，壳体下部近底部设有内接头，内接头连接壳体外的外接头，外接头通过球阀与流出口相连。
7.根据权利要求6所述的石蜡填充弱刚性零件的加工装置，其特征是，所述的水浴加热装置包括封闭的水箱体，水箱体内设有加热器，水箱体上设水盖和出水口。
8.根据权利要求7所述的石蜡填充弱刚性零件的加工装置，其特征是，所述的水箱体上设压力表和安全阀。
9.根据权利要求6所述的石蜡填充弱刚性零件的加工装置，其特征是，所述的石蜡盖上设摇柄。
全文摘要
本发明涉及石蜡填充弱刚性零件的加工工艺及装置，包括石蜡融化、分层浇筑等步骤，石蜡在石蜡浇注装置中靠其下面的水浴加热装置融化，融化后的石蜡通过球阀控制进行分层浇筑。本发明能提高弱刚度件加工刚度，改善加工效果的作用，具有操作方便、结构简单、可回收利用的特点。
文档编号B29C39/10GK102152434SQ20101055044
公开日2011年8月17日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者孙杰, 宋戈, 李剑峰, 杨文霞, 熊青春, 葛茂杰, 高彪 申请人:山东大学