CN103286642A

CN103286642A - 一种液体磁性磨具孔光整加工装置

Info

Publication number: CN103286642A
Application number: CN201310186531XA
Authority: CN
Inventors: 孙桓五; 孟强; 吴正雨; 周钦
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: CN103286642B

Abstract

本发明公开了一种液体磁性磨具孔光整加工装置，它包含驱动缸和储料缸，所述的驱动缸和储料缸之间通过中连盖连接成一体，所述驱动缸的上端安装有前端盖，所述储料缸的下端安装有后端盖，所述的驱动缸内安装有驱动缸活塞，该驱动缸活塞的下端与活塞杆相连，该活塞杆的另一端穿过中连盖延伸到储料缸内并安装有储料缸活塞，所述驱动缸壳体上位于中连盖的附近安装有与其内部相通的回油口。本发明在施加磁场后，在外部磁场的作用下其粘度迅速提高，从而沿着孔壁表面形成具有一定剪切屈服应力的研磨介质，从而实现对各种孔内壁的光整、研磨和去毛刺等加工，具有很强的表面适应性和通用性。

Description

一种液体磁性磨具孔光整加工装置

技术领域

本发明涉及机械产品光整加工领域，具体涉及一种液体磁性磨具孔光整加工装置。

背景技术

孔(包括普通孔、小孔、台肩孔、交叉孔、异形孔等)作为一种常见的加工特征，广泛存在于生物、医疗器械、汽车、电子、通讯、航空航天和流体控制等领域相关产品的零部件之中，其表面质量对整个产品的性能、寿命、可靠性、稳定性等具有十分重要的影响。随着现代高速、高精度设备的发展，对零件的表面质量也提出了越来越高的要求，提高和改善零部件的表面质量已经成为改善产品性能、提高产品可靠性和延长产品寿命的重要途径之一，但是对小孔(主要指孔径小于5mm)、台肩孔、交叉孔、异形孔及小管内壁面的精密光整加工一直是机械制造业面临的一个难题。由于传统的孔精密加工方法(如镗孔、珩磨、研磨、滚压等均需要磨具进入加工表面)难以满足加工要求，研究人员提出了一些非传统光整加工技术和复合光整加工技术，这些技术利用电能、磁能、声能、光能、化学能或者采用多种加工方法的复合作用，进行优势互补来实现对材料的光整加工和处理，取得了很多研究成果。其中化学抛光、电化学抛光、磁性研磨、挤压珩磨(磨料流加工)、超声波光整加工等已经在实践得到了应用，并在一些孔表面精密光整加工中取得了较好的效果，但是这些加工技术都有各自的最佳应用范围，在小孔，特别是台肩孔、交叉孔、异形孔等光整加工方面存在着不足或一定的局限性，难以满足现代制造业对孔精密光整加工的要求。

以具有较强的形状适应能力的电化学抛光为例，该方法只能加工导电材料，并且对电极有较严格的要求，对于直径小于5mm的孔，电极制作困难，难以布放，甚至无法加工。挤压珩磨(又称磨料流加工)加工技术比较适合进行孔的加工，它利用携带磨料的粘弹性基体介质(研磨介质)，在一定压力下使磨料中的磨粒在被加工表面反复运动，产生切削作用实现光整加工，但是由于挤压珩磨采用的磨料具有一定的黏性，因此在加工小孔时清洗困难，当孔径低于2mm时，可能堵塞小孔，导致无法加工；此外，挤压珩磨是通过较高的压力使磨料膨胀来实现加工的，因此在加工一些薄壁孔时，会出现工件变形。

发明内容

本发明目的是在于解决各种孔的光整加工和去毛刺难题，而提供一种结构简单、操作方便的液体磁性磨具孔光整加工装置。

为了解决背景技术中所存在的问题，它包含驱动缸和储料缸，所述的驱动缸和储料缸之间通过中连盖连接成一体，所述驱动缸的上端安装有前端盖，所述储料缸的下端安装有后端盖，所述的驱动缸内安装有驱动缸活塞，该驱动缸活塞的下端与活塞杆相连，该活塞杆的另一端穿过中连盖延伸到储料缸内并安装有储料缸活塞，所述驱动缸壳体上位于中连盖的附近安装有与其内部相通的回油口，该回油口上安装有回油直通接头，所述储料缸的储料缸壳体一侧安装有与其内部相通的空气过滤器，该空气过滤器位于中连盖和储料缸活塞之间，所述储料缸的下端一侧通过直通接头与第一单向阀相连，该第一单向阀的另一端安装有法兰盘，所述后端盖的中心处安装有第二单向阀，该第二单向阀的另一端与管道相连，该管道上安装有流量计。

所述的驱动活塞和储料缸活塞通过O型圈和斯特封分别与驱动缸壳体和储料缸壳体的内壁密封连接。

所述驱动缸壳体的上端安装有与其内部空间相通的三通接头，该三通接头的一端为进油口，另一端与压力表相连。

所述储料缸壳体的内壁上设有一层聚四氟乙烯衬里。

所述的中连盖与驱动缸之间通过驱动缸定位销固定。

所述的中连盖与储料缸之间通过储料缸定位销固定。

一种液体磁性磨具孔光整加工工艺：1.将液体磁性磨具自由流入到待加工的工件孔中；2.启动液体磁性磨具孔光整加工装置对待加工工件孔内的液体磁性磨具施加磁场。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.驱动活塞和储料缸活塞外表面的O型圈和斯特封大大提高了装置的密封性，且设置在储料缸壳体内壁上的聚四氟乙烯，由于其材料特性不会粘附任何物质，摩擦系数极低，有效地减轻磨损；

2.压力表可有效的反馈活塞行程信息，及时切换油路，保护了装置，提高了设备工作的可靠性；

3.既能产生高压还能将驱动部件和磨具分开，而且结构简单，造价低，便于拆卸、维修；

4.由于液体磁性磨具具有流变性，在没有施加外部磁场前液体磁性磨具呈现自由流动液体状态，能与工件的表面及型腔充分接触，施加磁场后，在外部磁场的作用下其粘度迅速提高，从而沿着孔壁表面形成具有一定剪切屈服应力的研磨介质，从而实现对孔(包括普通孔、小孔，台肩孔、交叉孔、异形孔及细管内壁等)内壁的光整、研磨和去毛刺等加工，具有很强的表面适应性和通用性；

5.可以实现对各种金属材料零件、陶瓷材料零件等的光整加工；

6.由于该装置的光整加工是一种柔性加工，加工时工件不会承载过大的外力，加工热也会被液体磁性磨具带走，因此不会产生表面和次表面损伤，有害残余应力较小；

7.加工过程中具有良好的可控性，液体磁性磨具流经工件孔时的饱和剪切屈服应力由液体磁性磨具的组分决定，剪切屈服应力可以通过磁场强度实现动态的控制，液体磁性磨具流经工件孔时的速度与流量可以通过挤压装置进行动态控制，从而可以方便实现对光整加工材料去除率的动态控制；

8.孔内壁光整加工材料去除率和最终加工表面质量可以通过液体磁性磨具饱和屈服应力、磨料类型、磨料粒度、磁场强度、液体磁性磨具流速、液体磁性磨具压力、加工时间等参数控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。

图1是本发明的结构示意图；

图2本发明具体实施方式的工作原理示意图；

图3本发明中实施例2挤压研磨后的表面形貌对比图；

其中：

1.前端盖；2.压力表；3.三通接头；4.进油口；5.驱动缸；6.回油口；7.回油直通接头；8.空气过滤器；9.储料缸；10.法兰盘；11.第一单向阀；12.直通接头；13.第二单向阀；14.流量计；15.O型圈；16.驱动缸活塞；17.斯特封；18.活塞杆；19.驱动缸壳体；20.定位销；21中连盖；22.定位销；23储料缸活塞；24.聚四氟乙烯衬里；25.储料缸壳体；26.后端盖；27.液压泵；28.手动换向阀；29.出料口；30.工件；31.回收器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参看图1，本具体实施方式是采用以下技术方案予以实现，它包含驱动缸5和储料缸9，所述的驱动缸5和储料缸9之间通过中连盖21连接成一体，所述驱动缸5的上端安装有前端盖1，所述储料缸9的下端安装有后端盖26，所述的驱动缸5内安装有驱动缸活塞16，该驱动缸活塞16的下端与活塞杆18相连，该活塞杆18的另一端穿过中连盖21延伸到储料缸9内并安装有储料缸活塞23，所述驱动缸壳体19上位于中连盖21的附近安装有与其内部相通的回油口6，该回油口6上安装有回油直通接头7，所述储料缸9的储料缸壳体25一侧安装有与其内部相通的空气过滤器8，该空气过滤器8位于中连盖21和储料缸活塞23之间，所述储料缸9的下端一侧通过直通接头12与第一单向阀11相连，该第一单向阀11的另一端安装有法兰盘10，所述后端盖26的中心处安装有第二单向阀13，该第二单向阀13的另一端与管道相连，该管道上安装有流量计14。

所述的驱动活塞16和储料缸活塞23通过O型圈15和斯特封17分别与驱动缸壳体19和储料缸壳体25的内壁密封连接。

所述驱动缸壳体19的上端安装有与其内部空间相通的三通接头3，该三通接头3的一端为进油口4，另一端与压力表2相连。

所述储料缸壳体25的内壁上设有一层聚四氟乙烯衬里24。

所述的中连盖21与驱动缸5之间通过驱动缸定位销20固定。

所述的中连盖21与储料缸9之间通过储料缸定位销22固定。

一种液体磁性磨具孔光整加工工艺，1.将液体磁性磨具自由流入到待加工的工件孔中；2.启动液体磁性磨具孔光整加工装置对待加工工件孔内的液体磁性磨具施加磁场。

下面结合图1-2对本具体实施方式中技术方案的工作原理和使用方法作进一步的阐述：

1.系统进料

将液压泵27的手动换向阀28打到右位，此时驱动缸5的进油口4开始进油，回油口6回油，活塞右行；当活塞右行到最右端时，压力表2的压力开始上升，将液压泵27的手动换向阀28打到中位，驱动缸5暂停运行；将法兰盘10和回收器31的输送管道相连，再将液压泵27的手动换向阀28打到左位，此时驱动缸5的回油口6进油，进油口4开始回油，活塞左行，此时第二单向阀13自动关闭，第一单向阀11自动开通，液体磁性磨具从回收器31进入到储料缸9中；当活塞运行到最左端时，压力表2的压力开始上升，将液压泵27的手动换向阀28打到中位，驱动缸5暂停运动，系统初始进料完毕

2.研磨行程

继进料完毕后，将液压泵27的手动换向阀28打到右位，驱动缸5的进油口4开始进油，回油口6回油，活塞右行，此时第一单向阀11自动关闭，单向阀13自动开通，在活塞的挤压作用下，储料缸9中的液体磁性磨具被迫通过出料口29经过流量计14后进入工件30的小孔，进入孔中的液体磁性磨具在磁场的作用下发生相变，磨具中的磁性微粒形成链状结构，磁性链就相当于通常砂轮中的黏结剂一样将非磁性的磨料夹持在磁性微粒链与磁性微粒链之间，并根据被加工工件30表面的形状沿孔内壁自动形成一个研磨加工接触面。在液体磁性磨具流动趋势的推动下，与工件30表面接触的磨料就会与工件30表面产生滑动，并对工件30表面进行滑擦，滚压及微切削。当活塞运行至最右端时，压力表2的压力开始上升，将液压泵27的手动换向阀28打到中位，驱动缸5暂停运行，研磨行程完毕。此后开始进料行程，如此往复即可实现对各种孔和孔壁内表面的精密加工。

实施例1：

1.牌号1030#液体磁性磨具的研制

将5.9g的十二烷基磺酸钠加到195ml去离子水中，加热搅拌至完全溶解，在低转速(500rpm)下再加入牌号为RXe(3um)的羰基铁粉197g，绿碳化硅(600#)200克，提高转速至1000rpm，在电子搅拌器上搅拌6小时，搅拌完后静置24小时，沉降率小于5％。

实施例2：

为了更好的研究液体磁性磨具光整加工孔的应用材质范围，选用了59#铜、LY12#铝和316#不锈钢三种材质的喷孔试件，喷孔试件的内孔直径大小有1mm、2mm和3mm三种，内孔通过数控机床或普通钻床钻出直径为1mm的铜试件，其它材质和孔径的喷孔试件外形和此铜试件的外形一致，就不一一列出。由于喷孔试件的内孔直径非常小，在测量喷孔试件内壁粗糙度和观察表面形貌时无法直接测量和观察，因此采用线切割技术将其剖开后再测量其内壁表面粗糙度值，观察表面形貌，粗糙度测试仪型号为Mahr-PGK120，扫描电子显微镜型号为EVO/MA15。

1.材质为49#铜

喷孔试件通过数控机床加工而成，磨料粒度是600目，试件的孔径为1mm。不同加工时间粗糙度值变化情况如表1所示。

表1孔径为1mm铜喷孔试件光整加工后粗糙度值

试件号	1	2	3	4	5
						加工时间(min)	0	5	10	15	20
粗糙度值(um)	1.078	0.736	0.514	0.412	0.355

2.材质为LY12#铝

喷孔试件通过普通机床加工而成，孔径是3mm，磨料粒度是320目。喷孔试件加工不同时间后粗糙度值如表2所示。

表2LY12#铝喷孔试件光整加工后粗糙度值

试件号	1	2	3	4
					加工时间(min)	0	5	10	15
粗糙度值(um)	3.345	2.756	1.864	1.594

3.材质为316#不锈钢

喷孔试件通过数控机床加工而成，孔径是2mm，磨料粒度是600目，喷孔试件加工不同时间后粗糙度值如表3所示。

表3316#不锈钢喷孔试件光整加工后粗糙度值

通过表1、表2、表3可以发现，光整加工后各材质各孔径的喷孔试件Ra值都明显减小。

对49#铜试件中的第二组试件使用扫描电子显微镜(EVO/MA15)观察了表面形貌，将表面形貌放大了200倍，如图3所示，通过SEM我们可以看到光整加工前后形貌发生了明显的变化，加工前表面加工纹理很深，较粗糙，加工10min后纹理明显减弱，加工20min后纹理基本消失。通过实验结果可以看出本发明对光整加工孔内壁表面具有良好的效果，表面粗糙度值明显降低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种液体磁性磨具孔光整加工装置，其特征在于它包含驱动缸和储料缸，所述的驱动缸和储料缸之间通过中连盖连接成一体，所述驱动缸的上端安装有前端盖，所述储料缸的下端安装有后端盖，所述的驱动缸内安装有驱动缸活塞，该驱动缸活塞的下端与活塞杆相连，该活塞杆的另一端穿过中连盖延伸到储料缸内并安装有储料缸活塞，所述驱动缸壳体上位于中连盖的附近安装有与其内部相通的回油口，该回油口上安装有回油直通接头，所述储料缸的储料缸壳体一侧安装有与其内部相通的空气过滤器，该空气过滤器位于中连盖和储料缸活塞之间，所述储料缸的下端一侧通过直通接头与第一单向阀相连，该第一单向阀的另一端安装有法兰盘，所述后端盖的中心处安装有第二单向阀，该第二单向阀的另一端与管道相连，该管道上安装有流量计。

2.根据权利要求1所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置，其特征在于所述的驱动活塞和储料缸活塞通过O型圈和斯特封分别与驱动缸壳体和储料缸壳体的内壁密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置，其特征在于所述驱动缸壳体的上端安装有与其内部空间相通的三通接头，该三通接头的一端为进油口，另一端与压力表相连。

4.根据权利要求1所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置，其特征在于所述储料缸壳体的内壁上设有一层聚四氟乙烯衬里。

5.根据权利要求1所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置，其特征在于所述的中连盖与驱动缸之间通过驱动缸定位销固定。

6.根据权利要求1所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置，其特征在于所述的中连盖与储料缸之间通过储料缸定位销固定。

7.一种液体磁性磨具孔光整加工工艺：1.将液体磁性磨具自由流入到待加工的工件孔中；2.启动液体磁性磨具孔光整加工装置对待加工工件孔内的液体磁性磨具施加磁场。