CN104440449A - 交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械 - Google Patents
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Abstract
本发明为交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,引导绳后连接有铜丝包芯纱线束,铜丝包芯纱线束里面填充有气囊,气囊内部填充有气体;气囊内部填充的气体是空气或者氮气;气囊是一个梭子形的;气囊表面喷涂PU材质涂层;梭子形的气囊内再设有液囊,液囊中填充液压油;液囊为丁腈橡胶制成;用引导绳将铜丝包芯纱线束及其内的气囊间隔串联为一串。本发明当铜丝包芯纱线束带气囊进入Φ5孔内后,用力往外拉引导绳,此时铜丝包芯纱线束会发生变形,铜丝包芯纱线束一端会由于Φ5孔口的阻力增大变细,气囊此时会“卡”在孔口处,铜丝包芯纱线束外表面凹凸不平就与毛刺发生压力摩擦,将相贯线位置的毛刺去除干净。
Description
技术领域
本发明涉及一种去毛刺的器械,具体是交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械。
背景技术
在开发差速器壳体使用车铣复合中心进行差速器壳体的行星孔-行星轴销孔的钻铰加工过程中,Φ17(+0.068/+0.038)的行星孔、Φ5(+0.012/0)的行星轴销孔相交形成的相贯线位置,出现了肉眼不可辨别的微小金属毛刺,如图1所示。这种毛刺特别小,小到肉眼无法观测到,手指伸进Φ17孔内也无法感知到毛刺的存在。
该差速器壳体的材质为QT500-7。球铁这种材质,既有铸铁易成型、好加工的特点,又有了钢材质的高强度、高韧性的特点,综合机械性能优异,适合于结构复杂的受力结构件(但是球铁同时又继承了铸铁和钢的缺点)。Φ17(+0.068/+0.038)的行星孔、Φ5(+0.012/0)的行星轴销孔,由于孔公差带很小,为了保证孔径在公差带内(要求做到孔公差带中值),就需要使用铰刀进行铰孔,保证孔径尺寸。但是在铰孔过程中会出现一个非常令人头疼的问题:
a.当先铰Φ17(+0.068/+0.038)孔、再铰Φ5(+0.012/0)的时候,毛刺会翻进Φ5孔内;
b.当先铰Φ5(+0.012/0)孔、再铰Φ17(+0.068/+0.038)孔的时候,毛刺会翻进Φ17(+0.068/+0.038)孔。
由于Φ5(+0.012/0)孔较深,且孔公差带很小,计量型检具测头无法进入孔内检查,只能使用通止规进行全接触测量;使用气动量仪检测孔径是合格的,但是使用全形接触塞规检测,塞规通端在接触到相贯线部位的毛刺,塞规就无法通过了。
而且这种非常微小的金属毛刺,在差速器装配过程中,压入行星轴销的时候,虽然能够顺利装配,但是毛刺会卡在行星轴、行星轴销之间的缝隙里面,随着变速箱使用过程中的震动会掉落进变速箱润滑油中。这些微小金属碎屑会随着变速箱润滑油的流动进入到电磁阀、双离合器模块等Control Unit机构中,造成变速箱换挡顿挫、失效等潜在风险(Volkswagen的双离合变速箱曾经出现过大规模的电磁液压控制阀异常问题,导致召回40万台变速箱)。
为了能够完全去除这种毛刺,只好人工用铰刀进行手动铰孔。手工铰孔还是存在着上述问题:铰Φ17孔,毛刺翻进Φ5孔里面;铰Φ5孔,毛刺翻进Φ17孔里面。于是乎,操作工只好先手工铰Φ17孔,再铰Φ5孔,一遍又一遍.......直到塞规通端能够顺利通过,费时费工。但是,Φ5(+0.012/0)孔较深,孔公差带只有0.012mm,不熟练的操作工在手工铰孔的时候,如果用力方向没把握好或者力道过大-----孔被铰大了!这时候就没有抢救的余地,只能报废了。量产该零件的时候,非常头疼毛刺的事情。
于是,就进尝试了各种方法:
1.反勾倒角刀,如图2所示,这种刀具去毛刺,效率比较高,简单粗暴有效。但是刀刃在刀体进给过程中会划伤内孔表面,适得其反。
2.金刚锉,熟练的技师使用金刚锉,从Φ17孔位置将金刚锉的锉头伸进Φ5孔的相贯线顶端,轻轻挠动锉刀,也能够基本去除毛刺,这种办法需要技师具有很好的眼力、手指灵活性,仅适合于手工样件生产,不适合大批量生产,对人员素质水平要求非常高。
3.细铜丝线法,将4平的铜导线(每根4平的铜导线由数十根细小铜丝缠绕而成的那种铜导线)外绝缘皮剥掉,三根一股搓成一根麻花状的线束。然后将线束浸泡在煤油里面,从Φ17孔位置传入,从Φ5孔位置拉出(如图3所示),能够将相贯线位置的细小毛刺去除干净。
这种去除毛刺的方法,铜线束的构成铜丝是一根一根独立存在的,缠绕在一起的时候,整个线束外表面形成了“麻花状”的花纹,当铜质线束在煤油作为润滑介质的时候,铜线束穿过相贯线位置,这些花纹就起到了类似于金刚锉表面细小磨粒的作用,将微小金属毛刺去除,金属碎屑粘附在铜质线束表面,后由线束带出;但是使用单一铜质线束的材料,不能回避铜的一个重要物理特性-----高延展率。当铜线束拉进拉出Φ5孔超过10次之后,铜线束已经发生挤压变形,去毛刺效果就很不明显了。如果将铜线束缠绕的过粗,需要很大力气将铜线束从Φ5孔拉出来,反而会划伤内孔。而且铜的价格非常昂贵,仅仅将铜线束用来做去毛刺的器械,显得大材小用。同时,使用煤油作为润滑介质,煤油具有很强的“碳”吸附能力,球墨铸铁的球状石墨会“游离”析出到煤油中,污染零件表面,造成零件清洁度超标。
4.尼龙绳法,尼龙绳缠绕之后的线束,表面“麻花状”的花纹状结构起到与铜线束相同的作用,使用机床的乳化油作为润滑介质,确实能够去除毛刺,避免划伤零件内孔。但是,尼龙绳毕竟纺织材料,纺织品的密度(紧实度)很低,将尼龙绳穿进Φ5孔的时候,用力拉尼龙绳,尼龙绳受力被拉长,结果尼龙绳“变细”了,尼龙绳与相贯线位置的接触面变成了单边接触,只能去除部分毛刺,达不到去除效果。如果将尼龙绳的匝数增加,尼龙绳加粗了,但是穿线的时候,很难穿进去,同样达不到效果。
5.铜+尼龙混纺的尼龙绳,将细铜丝和尼龙混纺在一起,汲取两种材料的优点,作为去毛刺的器械,去除微小毛刺效果优异。既避免了尼龙变形,又能精准的去除微小毛刺。
但是,混纺的线束,在穿线后,将线束从Φ5孔拉出来的时候,铜丝拉出来了,尼龙绳还在相贯线位置聚集在一起,根本原因是铜-尼龙的摩擦系数不一样,附着力也不一样。尝试过将铜、尼龙用树脂胶(具有一定腐蚀性)粘合在一起,但是树脂胶还是会挂在零件孔内壁上,造成零件清洁度超标,存在引起变速箱总成失效的潜在风险。
发明内容
本发明为了能够将交叉孔相贯线位置微小金属毛刺去除干净,特提出交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械 。
为此本发明的技术方案为,交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,包括引导绳,其特征在于:引导绳后连接有铜丝包芯纱线束,铜丝包芯纱线束里面填充有气囊,气囊内部填充有气体。
对上述方案的改进在于:气囊内部填充的气体是空气或者氮气。
对上述方案的改进在于:气囊是一个梭子形的。
对上述方案的改进在于:气囊表面喷涂PU材质涂层,提升气囊与混纺线束的摩擦力。
对上述方案的改进在于:梭子形的气囊内再设有液囊,液囊中填充液压油。
对上述方案的改进在于:液囊为丁腈橡胶制成,使用牌号NBR1704丁腈橡胶。
对上述方案的改进在于:用引导绳将铜丝包芯纱线束及其内的气囊间隔串联为一串。
有益效果:
本发明当铜丝包芯纱线束带气囊进入Φ5孔内后,用力往外拉引导绳,此时铜丝包芯纱线束会发生变形,铜丝包芯纱线束一端会由于Φ5孔口的阻力增大变细,气囊此时会“卡”在孔口处,气囊一端受到孔口的压迫产生弹性变形。此时气囊内的空气被压缩,随着空气体积的不断减小,气囊内空气对铜丝包芯纱线束外皮的压力就越大。这个时候气囊内的空气就像是无数双非常细小精巧的手,用力挤压着线束外皮与相贯线毛刺接触的位置,随着不断向外拉动铜丝包芯纱线束,铜丝包芯纱线束外表面凹凸不平就与毛刺发生压力摩擦,最终将相贯线位置的毛刺磨损干净。
使用气体气囊的好处就是充分利用气体的可压缩、可膨胀特性,即能够产生足够的压力作用在线束外皮上,又不至于将Φ5孔内表面划伤,整个毛刺去除器械成本低廉,维护使用简洁易懂。
气体为空气或者惰性气体,安全可靠。
气囊是一个梭子形的有利于在小孔内有一个导向的作用。
气囊表面喷涂PU材质涂层,提升气囊与混纺线束的摩擦力。
梭子形的气囊内再设有液囊,液囊中填充液压油。是针对对于高延伸率金属毛刺,仅靠气体气囊提供的受迫压力不足以提供足够,此时就需要利用液体不可压缩的特性,当铜丝包芯纱线束进入销孔的时候,V1/V2体积发生变化,受迫压力产生于高分子“液囊”的弹力变形。此时,液囊中填充液压油,靠液囊受压发生变形提供压力,该方案实际上就是在气囊内不仅填充空气层,还要额外增加“液压油”。由于液体有不可压缩的性质,但是液体可以传递膨胀力,这样当气囊穿过零件孔中心的时候,气囊受迫压缩,产生反向膨胀力量,反向膨胀力量作用于液压油,液压油讲压力均匀的传递到孔的相贯线位置,提供均匀的压力。此时往外拉线束,就能很好的起到去毛刺的作用。
液囊为丁腈橡胶制成不仅具有弹性,同时可以360°形变,有利于清除毛刺。
铜丝包芯纱线束间隔将聚合物气囊串联为一串有利于多次清除毛刺。
本发明不仅适用于交叉孔相贯线位置微小金属毛刺去除,还适用于深孔折弯位置小孔间的毛刺去除,去除后无任何杂质,是金属切削中理想的去毛刺的装置。
附图说明
图1是交叉孔相贯线位置截面示意图。
图2是反勾倒角刀去毛刺示意图。
图3细铜丝线法线束毛刺示意图。
图4是本发明的主视剖视图。
图5是图4的截面示意图。
图6是本发明使用过程中示意图。
图7是图4中在气囊内加液囊的结构示意图。
图8是本发明用引导绳串联一串的示意图。
图中1是引导绳,2是铜丝包芯纱线束,3是气囊,4是气体,5是液囊。
具体实施方式
本发明如图4、5、6、7、8所示。
交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,包括引导绳1,引导绳1后连接有铜丝包芯纱线束2,铜丝包芯纱线束2里面填充有气囊3,气囊3内部填充有气体4。
气囊3内部填充的气体是空气或者惰性气体。
气囊3是一个梭子形的。
气囊3表面喷涂PU材质涂层,提升气囊与混纺线束的摩擦力。
梭子形的气囊3内再设有液囊5,液囊5中填充液压油。
液囊5为丁腈橡胶制成,使用牌号NBR1704丁腈橡胶。
用引导绳1将铜丝包芯纱线束2及其内的气囊间隔串联为一串。
一、相关计算原理
(1)、纯气体气囊-混纺线束对毛刺位置压力
如图6所示,此时利用气体可压缩性质(不计气囊回弹力),设铜丝包芯纱线束气囊总成直径为D,销孔直径为d,铜丝包芯纱线束自然状态下长度为L,聚合物线束最大有效延长率1.2L,气囊内填充绝对干燥空气(将实际气体看成理想气体),(铜-铸铁间干摩擦系数取μ=0.29),则有:
P1=mRT/V1
P2=mRT/V2,即
P1/P2=V2/V1,而V=πD2L/4,代入得,
P1/P2=1.2(D/d)2,即P1=1.2(D/d)2*P2 (b)
注:此时忽略气体温度-体积变化。
(2)、液囊-铜丝包芯纱线束对毛刺位置压力
对于高延伸率金属毛刺,仅靠气体气囊提供的受迫压力不足以提供足够,此时就需要利用液体不可压缩的特性,当铜丝包芯纱线束进入销孔的时候,V1/V2体积发生变化,受迫压力产生于高分子“液囊”的弹力变形,此时,液囊中填充液压油,靠液囊受压发生变形提供压力,目前主要使用丁腈橡胶,使用牌号NBR1704丁腈橡胶,拉伸强度大于等于24.5Mpa。
此时由(b)公式可得,P1=(D/d)2*P2。
但是这种单纯使用丁腈橡胶制作的液囊,受迫压力较小,如果增大D/d系数,造成整。
(3)、气液混合气囊-混纺线束对毛刺位置压力
该方案实际上就是在一中液体气囊-铜丝包芯纱线束的基础上,在气囊内不仅填充空气层,还要额外增加“液压油”。由于液体有不可压缩的性质,但是液体可以传递膨胀力(但是液体不承载剪应力,可以360°无死角的传递力量),这样当气囊穿过零件孔中心的时候,气囊受迫压缩,产生反向膨胀力量,反向膨胀力量作用于液压油,液压油讲压力均匀的传递到孔的相贯线位置,提供均匀的压力。此时往外拉线束,就能很好的起到去毛刺的作用。
其计算原理为:
由气体定律得: 。
其中,为气囊工作前的压力;为气囊工作前的冲入气体的体积;为气囊装入液压油后的压力;为气囊压缩后相对于的气体体积;为气囊向液压油提供的油压;为气体膨胀后相对于的气体体积。
体积差带入(c)式,得到
。
气囊压力在理论上可以与相等,为保证在具有一定的补充压力的能力,应该使,此时取=(0.8-0.85),或。
此时把冲入气体看做已知量,则需要填充的液压油的体积为
。
二、对于微小金属毛刺去除器械的结构及尺寸
对于球铁这类交叉孔相贯线位置微小金属毛刺,使用上述方法可以去除,但是对于不同直径的孔相贯线位置毛刺、不同材料孔相贯线位置毛刺,主要有:
(1)、材质为QT500-7的交叉孔相贯线位置微小金属毛刺,不同孔径的去除毛刺线束,需要有不同规格的混纺线束-气囊,如下表:
。
(2)、高延伸率有色金属,铜丝包芯纱线束-气囊。
由于铜、铝、钛等高延伸率有色金属,在加工交叉孔的时候也会在相贯线位置产生微小金属毛刺,最典型的就是在铝合金壳体类零件的加工、铜合金类压力容器、喷油嘴、阀体等典型零件加工过程中,都会涉及到此类问题。
此时使用充有空气的气囊在压缩过程中就不能够产生足够的压力,需要改变气囊充气介质、气囊自身材质、混纺线束材质,才能达到效果。
。
(3)、气囊充气介质。
空气虽然具有良好的气体压缩-膨胀特性,但是针对不同工作环境,就需要改变不同的材质,氮气、低温水蒸气(利用气体受压,温度上升的原理)、液压油、气液共存物(无水乙醇蒸汽、R系列制冷剂)。
。
(4)、改变气囊工作原理、气囊材质。
在去除QT500-7材质的微小毛刺的时候,使用高弹性比的橡胶材质气囊即可。但是当需要去除高延伸率材质(铜、铝)毛刺的时候,就需要使用液态介质了。由于液态具有不可压缩的性质,同时液体具有极佳的流动性,能够平均的向任意方向传递压力,我们就可以使用弹性模量稍低的气囊材料,利用液体传递压力的特性,向相贯线毛刺部位传递更大的压力。
。
(5)、改变混纺线束的材质。
对于高延伸率的材质,微小金属毛刺的延展性会很大,常规的铜丝包芯纱混纺材质就无法将这种毛刺去除干净了,就需要改变铜丝包芯纱线束的材质。目前可以选择的材质有:特氟龙涂层线、金刚砂涂层线、硬质合金涂层线、CBN涂层线、碳纤维涂层线等。通过不同材质的组合,就能够对不同材质金属毛刺进行清理。
铜丝包芯纱线束外层,可以看做是“饺子皮”,需要把气囊抱在里面。铜丝包芯纱线束外皮实际上是一种摩擦材料,需要由不同摩擦系数的材料组成。同时针对不同孔的材料,主要将混纺线束外层分为聚合物材料、聚合物-金属丝混纺材料、聚合物+喷涂磨粒材料这三种形式,具体见下表:
。
其中,对于高清洁度要求的零件去除孔内毛刺,只能使用不含金属丝混纺材质的线束外皮。
三、线束总成
(1)、复合线束
根据线束总成的使用范围,分为气态气囊线束和气液混合线束两种形式,其中,气态气囊线束总成,由于内部填充介质不同,分为“干式”和“湿式”两种。
干式线束总成,就是在穿过引导绳之后,不使用任何润滑剂,仅仅依靠线束总成自身的弹力和摩擦系数保证顺利通过零件孔,从而进行去毛刺的过程。
湿式线束总成,就是在穿过引导绳之后,需要使用润滑剂,便于进行穿孔作业,或者提前将线束总成浸泡在润滑剂中,润滑剂会渗入线束外皮的缝隙中,有利于去毛刺过程中的顺利穿引导绳,增加线束外皮的使用寿命。尤其是高压力气囊,必须使用润滑剂,否则无法顺利穿引导绳。使用湿式线束的润滑剂及使用场合汇总如下:
。
(2)线束总成的装配
线束总成,由气囊、线束外皮、引导绳构成,需要按照不同的要求进行匹配。
线束气囊长径比,气囊为梭子形结构,根据不同孔的外径,需要使用不同长径比的气囊,便于进行去毛刺处理。同时考虑到气囊自身弹性和变形量,需要做得稍微比孔直径大一点,便于穿线束,具体见下表:
。
(3)线束-气囊-引导绳的连接方法
由于气囊和线束外皮不是一个整体,且弹性模量不一样,材料也不一样,无法做成一个整体,装配为线束总成之后,需要将线束外皮和气囊牢固连接在一起(线束外皮可以和引导绳做成一体的)。针对不同的使用场合,黏合方法如下:
。
(4)线束总成的变形比校准
线束在黏合之后,由于线束外皮都是弹性材料,使用粘合剂组合在一起后,难免会发生变形,需要使用专用器械进行校准。校准器械原理很简单,就是一根铜金属管。粘合剂完全干燥需要一定的时间,在涂抹粘合剂之后,使用不同内径的铜金属管,将线束总成穿进铜金属管,让线束中的粘合剂在铜管中凝固,具体见下表:
。
(5)特殊孔毛刺的线束组
对于深孔(例如油泵运油孔、水泵运水孔、曲轴曲拐位置交叉油孔等),使用单独一个线束总成无法完全去除毛刺,需要将2-5个线束总成串联起来,才能够起到作用。
如图8所示,为5个线束总成串联的线束组,用于对深孔类型的毛刺进行高效去除。其中,从a→e线束的直径依次增加,增加系数如下:。
Claims (7)
1.交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,包括引导绳,其特征在于:引导绳后连接有铜丝包芯纱线束,铜丝包芯纱线束里面填充有气囊,气囊内部填充有气体。
2.根据权利要求1所述的交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,其特征在于:气囊内部填充的气体是空气或者氮气。
3.根据权利要求1所述的交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,其特征在于:气囊是一个梭子形的。
4.根据权利要求1或2或3所述的交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,其特征在于:气囊表面喷涂PU材质涂层。
5.根据权利要求3所述的交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,其特征在于:梭子形的气囊内再设有液囊,液囊中填充液压油。
6.根据权利要求5所述的交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,其特征在于:液囊为丁腈橡胶制成,使用牌号NBR1704丁腈橡胶。
7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的交叉孔相贯线位置、深孔折弯位置微小金属毛刺去除器械,其特征在于:用引导绳将铜丝包芯纱线束及其内的气囊间隔串联为一串。
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