CN105538121A - 一种管状工件内壁的抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管状工件内壁的抛光装置，该抛光装置包括机架、滚筒和曲柄摇杆机构；其中所述的机架由底座和设在底座上的摆转框架组成，所述摆转框架两侧边的中部通过耳轴水平支承于自底座上延伸出来的两支柱上；所述滚筒的侧壁设有管状工件的装夹口，装夹口的外侧设有覆盖该装夹口的弧形压盖；所述滚筒的一端设有带密封盖的装料口；所述滚筒的两头分别另一耳轴支承于摆转框架的两头，所述另一耳轴的一头与设在摆转框架外侧的第一电机的输出轴相连；所述的曲柄摇杆机构由曲柄、连杆和摇杆顺次铰接构成，其中，曲柄的自由端与设在底座上的第二电机的输出轴固连，摇杆的自由端与耳轴固连。本发明中的抛光装置具有抛光均匀、结构简单的优点。

Description

一种管状工件内壁的抛光装置

技术领域

本发明涉及抛光装置，具体涉及一个主方向上有均匀截面的长形工件内壁的抛光装置。

背景技术

抛光加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，以减小工件表面粗糙度为目的的加工方法。在机械制造行业中，许多零件根据其使用要求均需要进行抛光加工以获得合适的粗糙度。

现有技术中抛光加工的手段有很多，如：光磨、喷砂、抛丸、射流抛光和磨料流加工等。不同的加工方法具有各自的特点，工作人员在对不同工件进行抛光加工时会根据需要选择合适的抛光加工方法。

管状工件内壁的抛光加工一直是机械制造业的一个难题。受管状工件的形状限制，一般的抛光加工设备很难伸至其内部进行加工，磨料流加工是目前常用的一种有效加工方法。现有的磨料流加工过程可大致分为两类：双向磨料流加工与单向磨料流加工(刘月普，倒锥形微细喷孔磨料流加工成形研究，太原理工大学硕士学位论文，2014.5:9-11)。双向磨料流加工中工件被固定在特制的位于上下料缸之间的夹具中，上下料缸顺次施加一定压力使流体磨料在磨削区往复流动，完成磨料流对工件的切削加工，工件经双向磨料流加工后，工件的孔径会呈现两端大、中间小的特点。单向磨料流加工中工件被固定在位于料缸下面的特制夹具中，流体磨料在液压的作用下单方向通过工件，完成切削加工，工件经单向磨料流加工后，圆孔工件的孔呈现倒锥形。

分析这两类磨料流加工过程，均存在以下不足：

(1)设备需要庞大的液压系统，而且加工区域的密封要求比较高，导致制造成本比较高。

(2)磨削力沿程衰减，导致抛光不均匀、磨削形状不规则，加工后的管状工件内壁的直径可能会呈现出两端大中间小或一端大一端小的状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种管状工件内壁的抛光装置，该抛光装置具有抛光均匀、效率高的优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种管状工件内壁的抛光装置，该抛光装置包括机架、滚筒和曲柄摇杆机构；其中，

所述的机架由底座和设在底座上的摆转框架组成，其中，所述底座的两侧分别向上延伸一支柱；所述摆转框架的两侧边的中部设有耳轴，该耳轴水平支承在底座两侧的支柱上；

所述滚筒的内径与待抛光的管状工件的外径相匹配，其中部设有放置管状工件的装夹口，该装夹口两头的滚筒内分别设有阻挡环；所述装夹口的外侧设有覆盖该装夹口的弧形压盖，该弧形压盖的曲率半径与所述滚筒半径相等；所述滚筒的两端设有与滚筒同轴的另一耳轴，所述的滚筒设在所述摆转框架内，并由该另一耳轴支承在摆转框架的两头；所述另一耳轴一头的摆转框架外侧设有第一电机，该电机的输出轴与该另一耳轴连接；所述滚筒的一头设有带密封盖的装料口；

所述的曲柄摇杆机构由曲柄、连杆和摇杆依次铰接构成，其中，所述曲柄的自由端与设在底座上的第二电机的输出轴固连，所述的摇杆的自由端与所述摆转框架上的耳轴固连，以使滚筒能自-θ至θ往复摆转，其中θ为滚筒摆转至极限位置时其轴线与水平面的夹角；

在所述第一电机和第二电机的驱动下，所述的滚筒绕耳轴转动的旋转中心线与绕另一耳轴摆转的摆转中心线相互垂直且共面，而且，所述滚筒旋转与摆转应满足下式(Ⅰ)～(Ⅳ)：

$n<9.49\sqrt{g/R_g}---\left(I\right)$

$gsin\mathrm{\&theta;}>\mathrm{\&mu;}(gcos\mathrm{\&theta;}+{\mathrm{\&omega;}}_r^{2}R)---\left(II\right)$

$\frac{l}{v}\&le;\frac{\mathrm{\&theta;}\mathrm{\&pi;}}{180{\mathrm{\&omega;}}_b}---\left(III\right)$

$\frac{f_r}{f_b}\&NotEqual;i---\left(IV\right)$

上式(Ⅰ)～(Ⅳ)中，g为重力加速度；R_g为所述管状工件的内径；θ为滚筒摆转至极限位置时与水平面的夹角，θ小于90；n为滚筒的旋转速度；m为磨料的质量；μ为磨料与管状工件内壁之间的摩擦系数；ω_r为滚筒旋转的角速度；ω_b为滚筒摆转的角速度；R为磨料中心层距离转轴的距离；l为滚筒内磨削区域的长度；v为滚筒摆转时磨料在管状工件内滑动的平均速度；f_r为滚筒旋转的频率；f_b为滚筒摆转的频率；i为正整数。

由流体力学可知，在摆转过程中磨料沿滚筒的下滑速度与磨料的堆积高度正相关。因此，本发明所述抛光装置的一个改进方案为，所述滚筒的中部呈圆柱形，两头呈圆台形，且所述圆柱形的长度大于待抛光的管状工件的长度。这样，当磨料滑落至滚筒的一头再被抬起时，磨料则被集中在直径较小的锥台的头部，即相当于提高了磨料的堆积高度，可显著增大磨料的下滑速度，在摆转角度不变的情况下有利于适当提高滚筒的转速进而增大磨料对工件正压力，以进一步提高抛光的效率。

本发明所述的抛光装置的使用方法如下：

1、打开工件装夹口的压盖，将工件同轴装夹于滚筒内，再盖紧弧形压盖；

2、自装料口向滚筒内添加颗粒直径在0.5～1mm范围内的磨料，直至磨料颗粒所占体积为滚筒容积的30～50％，盖紧装料口的密封盖。

3、开启第一电机和第二电机，即可开始对所述管状工件内壁的抛光。

本发明的有益效果是：

1、在重力的作用下，磨料始终处于滚筒内空间的下方；当工件在滚筒的带动下绕耳轴转动时，磨料对待抛光的管状工件的内表面产生等于重力加惯性力的正压力；当工件在摆转框架的带动下，绕另一耳轴往复摆转时，磨料在重力的作用下，会在管状工件内自一头向另一头轴向滑动；如此往复交替，磨料连续而均匀地对管状工件的内壁进行微磨削，且磨削力分布均匀。

2、结构简单、不需庞杂的液压系统，加工成本低。

附图说明

图1～3为本发明一个具体实施方式的结构示意图，其中，图1为主视图，图2为俯视图，图3为图1的A-A剖视放大图。

图4为图1～3所示实施例中滚筒的立体结构示意图。

图5为图1～3所示实施例中滚筒摆转角度的示意图。

具体实施方式

参见图1，本例中管状工件内壁的抛光装置包括机架、滚筒3和曲柄摇杆机构；

参见图1～3，所述的机架由矩形的底座1和设在底座1上的摆转框架2组成，所述底座1一头的两侧分别设有一根垂直于底座1上表面的支柱1-1，所述摆转框架2呈多边形，该多边形两侧边的中部垂直设有耳轴2-1，所述耳轴2-1的两端分别支承于两支柱1-1的顶端，并与两支柱1-1形成孔轴配合，耳轴2-1的旋转中心线平行于水平面。

参见图4，所述滚筒3的中部呈圆柱形，两头径向收缩呈尖头朝外的圆台形。所述滚筒3呈圆柱形的中部用以同轴装夹待加工的管状工件9，其内径与管状工件9的外径相匹配，长度大于管状工件9的长度，并且，该滚筒圆柱形中部的侧壁上通过切除材料形成一用于装夹工件的装夹口3-5。所述切除材料所跨的弧度占滚筒3侧壁的一半，即所跨弧度为π。所述装夹口3-5两头的滚筒内分别设有阻挡环3-4，其作用在于限制管状工件9在滚筒3内沿轴向窜动。

参见图1～3，并结合图4，所述装夹口3-5的外侧设有覆盖该装夹口3-5的弧形压盖3-1，该弧形压盖3-1的形状与所述滚筒中部形成装夹口3-5时切除材料的形状相同，其曲率半径与所述滚筒3半径相等。所述弧形压盖3-1沿轴向的侧边通过条形连接件与安装口3-5边缘的滚筒侧壁相连，所述条形连接件的一头焊接在弧形压盖3-1的边缘，另一头通过螺栓固定在安装口3-5边缘的滚筒侧壁上。待加工的管状工件9被夹持在该压盖3-1的内侧与滚筒3的内壁之间。

参见图4并结合图1～2，所述的滚筒3呈圆台形的一头侧壁上开设有用于向滚筒内填充磨料颗粒的装料口3-2，该装料口3-2的端部设有连接法兰。装料口3-2的外侧设有通过螺栓与所述连接法兰相连的密封盖3-3。所述滚筒3的两头设有与滚筒3同轴的另一耳轴3-6。

参见图1～3，所述的滚筒3设在所述摆转框架2的内侧，并通过所述另一耳轴3-6支承于摆转框架2的两头，并与摆转框架2两头形成孔轴配合。所述另一耳轴3-6的旋转中心线与耳轴2-1的轴线垂直并共面，且所述另一耳轴3-6远离装料口3-2的端部与一固定在摆转框架2外侧的第一电机4的输出轴相连。所述另一耳轴3-6的端部沿轴向设有带键槽的轴孔，所述第一电机4的输出轴伸至该轴孔内，并通过平键与之连接。在所述第一电机4的带动下，所述滚筒3能在摆转框架2内绕另一耳轴3-6转动。

参见图1并结合图5，所述的曲柄摇杆机构由曲柄7、连杆6和摇杆5顺次铰接构成，其中曲柄7的自由端与设在底座1上的第二电机8的输出轴垂直并固定连接，摇杆5的自由端与所述耳轴2-1伸出支柱1-1外侧的一端垂直并固定连连。摆转框架2在第二电机8的驱动下能绕耳轴2-1的旋转中心线缓慢的自-θ至θ往复摆转，其中θ为滚筒3摆转至极限位置时其轴线与水平面的夹角(见图5)。

本例中采用碳化硼颗粒作为磨料，碳化硼颗粒的直径为0.5～1mm，密度为2.52*10³kg/m³，磨料填充量为滚筒3内部空间的50％，磨料与管状工件内壁之间的摩擦系数μ＝0.3，管状工件的内径R_g＝60mm，壁厚为2mm，滚筒内磨削区域的长度l＝120mm，其中，中部的圆柱的长度为130mm，两头的圆台的高度为72.5mm(单边)，尖端直径在20mm。那么，由公式(Ⅰ)～(Ⅳ)计算确定，第一电机4的转速为121r/min，第二电机8的转速为16.7r/min，滚筒摆转至极限位置时与水平面的夹角θ为45°。

Claims (2)

1.一种管状工件内壁的抛光装置，该抛光装置包括机架、滚筒和曲柄摇杆机构；其中，

所述的机架由底座和设在底座上的摆转框架组成，其中，所述底座的两侧分别向上延伸一支柱；所述摆转框架的两侧边的中部设有耳轴，该耳轴水平支承在底座两侧的支柱上；

所述滚筒的内径与待抛光的管状工件的外径相匹配，其中部设有放置管状工件的装夹口，该装夹口两头的滚筒内分别设有阻挡环；所述装夹口的外侧设有覆盖该装夹口的弧形压盖，该弧形压盖的曲率半径与所述滚筒半径相等；所述滚筒的两端设有与滚筒同轴的另一耳轴，所述的滚筒设在所述摆转框架内，并由该另一耳轴支承在摆转框架的两头；所述另一耳轴一头的摆转框架外侧设有第一电机，该电机的输出轴与该另一耳轴连接；所述滚筒的一头设有带密封盖的装料口；

所述的曲柄摇杆机构由曲柄、连杆和摇杆依次铰接构成，其中，所述曲柄的自由端与设在底座上的第二电机的输出轴固连，所述的摇杆的自由端与所述摆转框架上的耳轴固连，以使滚筒能自-θ至θ往复摆转，其中θ为滚筒摆转至极限位置时其轴线与水平面的夹角；

在所述第一电机和第二电机的驱动下，所述的滚筒绕耳轴转动的旋转中心线与绕另一耳轴摆转的摆转中心线相互垂直且共面，而且，所述滚筒旋转与摆转关系应满足下式(Ⅰ)～(Ⅳ)：

$n<9.49\sqrt{g/R_g}---\left(I\right)$

$gsin\mathrm{\&theta;}>\mathrm{\&mu;}(gcos\mathrm{\&theta;}+{\mathrm{\&omega;}}_r^2{R}_g)---\left(II\right)$

$\frac{l}{v}\&le;\frac{\mathrm{\&theta;}\mathrm{\&pi;}}{180{\mathrm{\&omega;}}_b}---\left(III\right)$

$\frac{f_r}{f_b}\&NotEqual;i---\left(IV\right)$

上式(Ⅰ)～(Ⅳ)中，g为重力加速度；R_g为所述管状工件的内径；θ为滚筒摆转至极限位置时与水平面的夹角，θ小于90；n为滚筒的旋转速度；m为磨料的质量；μ为为磨料与管状工件内壁之间的摩擦系数；ω_r为滚筒旋转的角速度；ω_b为滚筒摆转的角速度；R为磨料中心层距离转轴的距离；l为滚筒内磨削区域的长度；v为滚筒摆转时磨料在管状工件内滑动的平均速度；f_r为滚筒旋转的频率；f_b为滚筒摆转的频率；i为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种管状工件内壁的抛光装置，其特征在于，所述滚筒的中部呈圆柱形，两头呈圆台形，且所述圆柱形的长度大于待抛光的管状工件的长度。