CN102601686B - 一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置 - Google Patents

Abstract

一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置，包括定时双向供给和控制磨料流与供料系统、正反旋转并转速可调的主轴系统与装置本体、夹紧叶轮并形成密封腔体及保护住非抛光边及上下沿的夹具罩、引导磨料的导流结构以及实现洁进洁出的清洗系统。该装置能够实现定时双向供给和控制磨料流与清洗液的供料系统，可以正反旋转并转速可调的主轴系统与装置本体，夹紧叶轮并形成密封腔体及保护住非抛光边及上下沿的夹具罩，引导磨料的导流结构，实现洁进洁出的清洗系统。本发明解决了整体叶轮类零件在抛光过程中易干涉、叶片过抛、倒角、死角及抛光不均匀的问题，使磨料双向循环流动易于回收，提高加工效率，并在抛光结束后通过清洗系统实现加工过程洁进洁出。

Description

一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置

技术领域

本发明涉及一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置。

背景技术

诸如航空发动机、压缩机等机械产品中的整体叶轮和叶盘等回转类零件在铣削加工或电解加工后，需要通过抛光实现其叶片(叶栅)表面的低粗糙度光滑表面加工要求。目前企业主要采用手工抛光工艺，抛光一个零件需要较长时间，并且抛光纹理混乱无规则，劳动强度大、环境污染严重。此类零件加工的主要难点在于：(1)零件的被加工部位多为复杂曲面结构；(2)被加工材料多为高温合金、钛合金、不锈钢等难加工材料；(3)加工表面粗糙度要求较高，抛光后的表面粗糙度应达到Ra 0.8以下。

采用磨料流工艺对诸如管道等异形内腔类零件表面抛光是一种很好的工艺方法，但是目前现行的磨料流工艺，对复杂零件如整体叶轮，叶盘等回转类零件，主要采用单进单出的单向磨料流加工方法；而对于简单零件，如管道，轴承套圈，缸体等光滑内壁表面的抛光，可实现反复抛光加工，这主要是由于零件简单，流体的控制方便，并且流体可均匀的流过各内壁表面，而对于具有复杂表面的零件，由于流体磨料的难控制性，及磨料流进入各个叶片(叶栅)流道的不均匀性导致抛光区压力场的不均匀，进而导致加工质量不均匀或局部过抛等现象，而对于单进单出的单向磨料流加工方法，磨料不容易回收，加工效率低，而且抛后零件表面需要增加清洁工序。

发明内容

为实现叶轮和叶盘等回转类零件的自动化抛光加工，达到表面抛光均匀、纹理规则、粗糙度小于Ra0.8以下的设计要求，并显著提高生产效率，减轻工人劳动强度和改善作业环境，本发明提供了一种旋转磨料流加工工艺方法与装置，该工艺方法的创新和特点在于：由专用夹具罩对叶轮叶片的非抛光边，棱，端面等处进行保护，并与叶轮格栅之间形成密封腔体，并通过上下导流装置与双向循环供料系统相连，使磨料流在进行定时交变双向循环流动抛光零件表面的同时，零件做定时交变正反循环旋转运动以提高各个叶片抛光质量的均匀性，防止薄壁叶片的边和棱等处发生过抛、倒圆、抛光死角等质量问题，并对抛后零件进行在线清洗，达到洁进洁出的加工效果和防止管路堵塞。

本发明的技术方案如下：

一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置，包括定时双向供给和控制磨料流与清洗液的供料系统(I)、正反旋转并转速可调的主轴系统与装置本体(II)、夹紧叶轮并形成密封腔体及保护住非抛光边及上下沿的夹具罩(III)、引导磨料的导流结构(IV)以及实现洁进洁出的清洗系统(VI)：

定时双向供给和控制磨料流与清洗液的供料系统(I)包括：进料口处将由夹具罩主体7与整体叶轮8叶珊所形成的封闭腔体通过上引流装置9，管路5等与泵2直接相连，出料口处将由夹具罩主体7与整体叶轮8的叶珊所形成的封闭腔体通过下引流装置20，管路28等与料箱1相连，并安装控制阀4，29控制进入密封腔内速度及背压并通过控制阀26，27切断清洗液循环管路。

正反旋转并转速可调的主轴系统与装置本体(II)包括：由电动机15带动减速器16通过减速器连接座17连接主轴13，而机床主轴13固定在工作台主体14上。

夹紧叶轮并形成密封腔体及保护住非抛光边及上下沿的夹具罩(III)包括：将整体叶轮曲线形貌相似的夹具罩主体7罩在整体叶轮叶片处，并通过上下夹具罩盖10，11与整体叶轮8固定一体，整体叶轮8及夹具罩主体7及上下夹具罩盖10，11固定在机床主轴13上。

引导磨料的导流结构(IV)包括：上夹具罩盖10与上引流装置9连为一体，且上引流装置9与固定的箱体上盖18之间形成滑动摩擦密封。下夹具罩盖11固定在主轴8上，而此下夹具罩盖11与安装在工作台轴座上的下引流装置20之间形成滑动摩擦密封。并此时由夹具罩主体7与整体叶轮的栅格形成密封腔体。

洁进洁出的清洗系统(VI)包括：在磨料进口安装三通装置6，使高压水泵24通过连接管路25与之连接，和出口处安装三通装置23，使水箱22中的清洗液通过连接管路31与之相连。并在此管路入口及出口处分别安装控制阀26，27，以控制高压水泵中循环流动的清洗液的流量并通过控制阀4，29切断磨料流循环管路。

本发明的整体叶轮和叶盘等回转类零件旋转磨料流抛光加工工艺方法主要包括以下流程：

具体步骤如下：

(1)工件保护。用整体叶轮类工件仿形夹具罩将非抛光棱边和非抛光上下端面保护起来，使仿形夹具罩的内壁与整体叶轮类之间无间隙，保证非抛光棱边和非抛光上下端面在抛光过程中不与磨料接触。

(2)工件装夹。装夹工件时，将工件固定在主轴上，以便可使工件和主轴一同转动。

(3)磨料流引流。将仿形夹具罩与工件固定为一体，使仿形夹具罩与工件叶珊间形成密封流道，使磨料通过光栅的密封流道抛光叶轮及叶片的表面。在磨料流进入叶栅的封闭流道前，设有筒状的引流装置对磨料进行均匀分流，使进入叶栅封闭腔的磨料流均匀，压力场分布均匀，防止出现受力集中，出现抛光死角。

(4)旋转磨抛。加工时，将主轴等连接到电机及减速器上，当磨料流进入密封腔体的同时，使工件进行旋转抛光，以使叶珊密封腔内各抛光面抛光均匀。磨料流在泵的驱动下，通过控制阀按设定的压力、流量、正反循环供液时间等参数进行流动对零件表面进行抛光，同时，零件按照设定的转速、循环正反转时间等参数转动，直至达到设定的抛光时间。

(5)清洗。抛光结束后，通过三通装置，隔断磨料流供料回流系统，开启清洗液供给及控制系统对密封腔及导流装置进行清洗，以便使磨料无堵塞，且洁进洁出。清洗时，启动水箱泵，通过控制阀按设定的流量、正反循环供液时间等参数对零件和管路进行清洗，零件同时按照设定的转速、循环正反转时间等参数转动，直至达到设定的清洗时间。

作为优选的一种方案，步骤(3)的引流装置流道距离为工件长度的2倍。

作为优选的另一种方案，在步骤(4)中，可根据被加工零件材质、结构和抛光要求不同，工件的磨料流动模式采取磨料流单向流动或磨料流定时双向循环流动；工件的转动模式是工件不转、工件单向回转或工件定时正反循环回转；磨料流的工作压力：0-0.7MPa、流量范围：5-10L/S、循环间隔时间：0-180min；零件的回转速度：0-100rpm，循环间隔时间：0-30min。

作为优选的再一种方案，在步骤(4)中，可通过控制阀的开度来调整密封腔体内背压从而控制磨料抽吸泵产生的抛光压力，及通过控制阀的开度来调整磨料流动速度。若FP是磨料的磨削力，则磨削力Fp和磨料流动速度V可分别由面公式(1)和公式(2)确定：

F_p＝k₁·(p₁-p₂)·A₁            (1)

$V=k_2\·\frac{Q}{A_2}---\left(2\right)$

其中：P₁为磨料进口压力，P₂为磨料出口压力，A为磨粒的接触表面积，k₁为颗粒形状系数，Q为泵提供的流量，A₂为叶轮与夹具体所形成的密封腔体内任意一截面的表面积，k₂为截面误差计算系数。

作为优选的再另一种方案，在步骤(5)中，工件的清洗流动模式可以采取水流单向流动或水流定时双向循环流动；工件的清洗转动模式是工件不转、工件单向回转或工件定时正反循环回转；水流的工作压力：0-10MPa、流量范围：0-4L/S循环间隔时间：0-30min；工件回转速度：0-100rpm，循环间隔时间：0-15min。

本发明专利的技术原理为：针对传统磨料流对整体叶轮类零件的叶片上下薄边、棱边，及叶轮上下端面等非抛光处在抛光过程中出现的过抛、倒圆、死角等问题，利用专用的夹具罩将非抛光边、棱、端面等处保护起来，并通过一定长度的分流装置与双向循环供料系统相连，通过泵阀控制磨料流压力，流量进行抛光的同时，主轴带动整体叶轮及夹具罩进行正反转转动，以实现旋转抛光，最后通过三通装置切换清洗系统，实现设备及工件的洁进洁出。

由于旋转流场的作用，使磨料流在进入夹具罩与叶轮叶珊间的密封腔后，各个方向均匀流动，又由于一定距离分流装置的作用，使磨料在进入叶珊间的密封腔体前，具有一定的缓冲及调整作用。因以上原因，使进入到叶珊密封腔的磨料流场，抛光均匀且无抛光死角及叶轮中间处的冲击压力。

利用专用夹具罩体与整体叶轮的各个棱边及上下端面等非抛光处与专用夹具罩实现无间隙配合，保护非抛光表面。

传统的磨料流采用液压缸挤压式抛光，抛光速度受到液压缸往复速度的限制不宜提高，采用泵供液方式，能够显著提高抛光速度。

本发明的有益效果是：

(1)能够有效解决整体叶轮类零件的表面抛光加工问题。

(2)解决目前部分整体叶轮类零件无法自动化抛光的手工抛光问题，加工效率高，且表面粗糙度可以达到Ra 0.8以下。

(3)解决了传统磨料流在抛抛光体叶轮类零件时的过抛、倒角、死角等问题，使抛光均匀。

(4)解决了磨料流设备和工件的清洗问题，使设备清洁、加工环境环保，工件抛光洁进洁出。

附图说明

图1是双向循环旋转磨料流抛光加工方法工作流程图。

图2是旋转磨料流夹具罩与整体叶轮密封腔体和引流装置结构示意图。

具体实施方式

下面以整体径流式钛合金叶轮为例，参照附图1，附图2阐述旋转磨料流抛光装置及方法实施过程：

整体径流式钛合金叶轮磨料流装置包含以下结构：

首先，通过加工出的与整体叶轮曲线形貌相似的仿形夹具罩主体7罩在整体叶轮叶片处，并通过上下夹具盖10，11与整体叶轮8固定一体。

其次，整体叶轮8及夹具罩主体7，及上下家具罩盖10，11由圆螺母12固定在机床主轴13上，而机床主轴13固定在工作台轴座14上，并由电动机15带动减速器16通过减速器连接座17连接主轴8。

再次，上夹具罩体10与上分流装置9连为一体，且上分流装置9与固定的箱体上盖18之间形成滑动摩擦，此滑动摩擦依靠骨架油封19及上夹具罩体10与上盖18之间的间隙进行滑动摩擦密封。下夹具罩体11固定在主轴8上，而此下夹具罩体11与安装在工作台轴座上的下分流装置20之间形成曲路迷宫并通过安装骨架油封21，32进行滑动摩擦密封。此时由夹具罩体7与整体径流式钛合金叶轮的栅格形成密封腔体。

并且在进料口处将夹具罩主体7与整体径流式钛合金叶轮栅格的封闭腔体通过上引流装置9，管路5等与泵2直接相连，出料口处将夹具罩主体与整体径流式钛合金叶轮栅格的封闭腔体通过下引流装置20，管路28等与料箱1相连，并安装控制阀4，29控制进入密封腔内速度及背压并通过控制阀26，27切断清洗液循环管路。

另外，在磨料进口和出口处分别安装三通装置6，23，使进口处高压水泵24通过连接管路25与之连接，出口处通过连接管路31与水箱22相连。并在此管路入口及出口处分别安装控制阀26，27，以控制高压水泵中循环流动的清洗液的流量并通过控制阀4，29切断磨料流循环管路。

整体径流式钛合金叶轮磨料流加工方法及工作过程包括：

磨料由磨料泵2从磨料箱1中抽出，磨料通过进料管路6进入到由夹具罩7与工件8，及上下引流装置9，20形成的密封腔中，在磨料流经叶轮表面的同时，旋转主轴8可通过减速器16及变频电机15进行调速控制，以使磨料在流动过程中，流动全面，磨削均匀。经挤压磨削后的磨料流经密封腔后经回流管路28再流回磨料箱1中，在出流口处，可通过流量控制阀29控制回流流量，并可通过调节阀口的开度大小使旋转磨料流机床密封腔体内产生背压，以增加旋转磨料流密封装置内磨料挤压叶轮表面的压力，并通过进回流口处的压力表3，30观察系统内压力，最终调整磨料的抛光工艺参数。另外如果改变旋转磨料流机械装置的进出口管路与磨料泵的连接方向，或者改变磨料泵的交变供料方向，可实现磨料的双向流动，解决了传统单向敞开式磨料流方法的磨料无法回收问题，使磨料反复利用，抛光零件表面。

另外在加工结束后，关闭三通阀6，23中连接磨料的进回料通道，打开高压水泵24连接的三通阀阀口，完成加工后磨料的清洗工序。

Claims (3)

1.一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置，包括定时双向供给和控制磨料流与供料系统（Ⅰ）、正反旋转并转速可调的主轴系统与装置本体（Ⅱ）、夹紧叶轮并形成密封腔体及保护住非抛光边及上下沿的夹具罩（Ⅲ）、引导磨料的导流结构（Ⅳ）和洁进洁出的清洗系统（Ⅵ）；其特征在于，

定时双向供给和控制磨料流与供料系统（Ⅰ）：进料口处由夹具罩主体（7）与整体叶轮（8）叶栅所形成的密封腔体通过上引流装置（9）、管路（5）与泵（2）直接相连，出料口处由夹具罩主体（7）与整体叶轮（8）的叶栅所形成的密封腔体通过下引流装置（20）、管路（28）与料箱（1）相连，并安装控制阀A（4）、控制阀B(29）控制磨料进入密封腔体内的速度及背压，通过控制阀C（26）、控制阀D(27）切断清洗液循环管路；

正反旋转并转速可调的主轴系统与装置本体（Ⅱ）：由电动机（15）带动减速器（16）通过减速器连接座（17）连接主轴（13），而主轴（13）固定在工作台主体（14）上；

夹紧叶轮并形成密封腔体及保护住非抛光边及上下沿的夹具罩（Ⅲ）：与整体叶轮曲线形貌相似的夹具罩主体（7）罩在整体叶轮叶片处，并通过上下夹具罩盖（10，11）与整体叶轮（8）固定一体，整体叶轮（8）、夹具罩主体（7）及上下夹具罩盖（10，11）固定在主轴（13）上；

引导磨料的导流结构（Ⅳ）：上夹具罩盖（10）与上引流装置（9）连为一体，且上引流装置（9）与固定的箱体上盖（18）之间形成滑动摩擦密封；下夹具罩盖（11）固定在主轴（13）上，而此下夹具罩盖（11）与安装在工作台轴座上的下引流装置（20）之间形成滑动摩擦密封，由夹具罩主体（7）与整体叶轮的叶栅形成密封腔体；

洁进洁出的清洗系统（Ⅵ）：在磨料进口安装三通装置（6），使高压水泵（24）通过连接管路A（25）与之连接，出口处安装三通装置（23），使水箱（22）中的清洗液通过连接管路B（31）与之相连；连接管路B入口及连接管路A出口处分别安装控制阀C（26）、控制阀D(27），控制高压水泵中循环流动的清洗液的流量，通过控制阀A（4）、控制阀B(29）切断磨料流循环管路。

2.根据权利要求1所述的一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置，其特征在于，其上下引流装置流道距离为工件长度的2倍。

3.根据权利要求1或2所述的一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置，其特征在于，上引流装置（9）与固定的箱体上盖（18）之间的滑动摩擦依靠骨架油封（19）及上夹具罩盖（10）与上盖（18）之间的间隙进行滑动摩擦密封，而下夹具罩盖（11）与安装在工作台轴座上的下引流装置（20）之间形成曲路迷宫并通过安装骨架油封（21，32）进行滑动摩擦密封，使磨料流在压力作用下通过旋转密封腔体后无泄漏。

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