CN107717326B - 长圆管内表面磁力滚压加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明将磁场控制技术和滚压技术结合起来，应用于对长圆管内表面的滚压加工，属于特种加工领域。一种长圆管内表面磁力滚压加工装置，包括处于长圆管外部的外部磁场发生器和处于长圆管内部的磁性滚压工具；所述外部磁场发生器包括外磁路磁极，外磁路磁极通过圆周转动形成旋转磁场，外磁路磁极通过沿着长圆管的中心轴线方向做轴向进给带动旋转磁场做轴向给进。本发明解决了传统滚压加工无法完成对长圆管内表面滚压加工的难题。

Description

长圆管内表面磁力滚压加工装置

技术领域

本发明将磁场控制技术和滚压技术结合起来，应用于对长圆管内表面的滚压加工，属于特种加工领域。

背景技术

现有滚压技术是利用硬度较高的材料（如淬火钢、硬质合金以及红宝石等）制成的工具，对被加工零件表面施加一定的压力，使零件表面层金属产生塑性变形，改变金属表面层的组织结构和物理性质，以达到光整和强化工件表面的目的。滚压加工常用于加工内圆表面、圆柱面、圆锥面、开式圆弧表面、丝杠螺纹表面、齿轮齿形表面、平面以及一些不易加工的特殊形状表面等，但是长圆管由于自身结构的特殊性，现有滚压加工方法无法完成对其内壁的滚压加工，一定程度上降低了长圆管的使用价值。本设计借助磁力为非接触力的特点，利用空间旋转磁场驱动置于长圆管内部的磁性滚压工具转动，由磁性滚压工具完成对长圆管内壁的滚压加工，解决了长期以来无法对长圆管内壁进行光整强化处理的难题，提高了长圆管的使用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

本发明所采用的技术方案是：一种长圆管内表面磁力滚压加工装置，包括处于长圆管（4）外部的外部磁场发生器（16）和处于长圆管（4）内部的磁性滚压工具（17）；所述外部磁场发生器（16）包括外磁路磁极(3)，外磁路磁极(3)通过圆周转动形成旋转磁场，外磁路磁极(3)通过沿着长圆管（4）的中心轴线方向做轴向进给带动旋转磁场做轴向给进；所述磁性滚压工具（17）包括滚珠（10）、内磁路永磁铁（5），内磁路永磁铁（5）在旋转磁场的作用下在长圆管（4）的内表面做圆周转动和沿着长圆管（4）的中心轴线方向做轴向进给，与内磁路永磁铁（5）连接的滚珠（10）对长圆管（4）的内表面形成正压力，完成对长圆管（4）内表面的多点式径向碾压。

作为一种优选方式：所述外部磁场发生器（16）还包括电动机（13）、传送带（14）、外磁路45钢垫片(2)、轴承（15）、轴承座（11）、滚珠丝杠副 (12)、外磁路45钢辅助磁路(1)，外磁路磁极(3)通过外磁路45钢垫片(2)固定在轴承（15）形成外磁路，外磁路45钢辅助磁路(1)安装在轴承（15）上，电动机（13）通过传送带（14）带动轴承（15）旋转从而带动外磁路磁极(3)做圆周转动，滚珠丝杠副 (12)带动轴承座（11）做沿着长圆管（4）的中心轴线方向直线进给，轴承（15）安装在轴承座（11）上，从而实现外磁路磁极(3)沿着长圆管（4）的中心轴线方向做轴向进给。

作为一种优选方式：所述磁性滚压工具（17）还包括滚珠保持架（9）、四棱柱铝外壳（8）、内磁路45钢辅助磁路（7）、尼龙底座（6），内磁路永磁铁（5）与外磁路磁极(3)异性磁极正对，滚珠（10）安装在滚珠保持架（9）上，磁路永磁铁（5）与滚珠保持架（9）通过四棱柱铝外壳（8）固定在一起。

作为一种优选方式：外磁路磁极(3)与内磁路永磁铁（5）数量相同且都为4个，材料均为钕铁硼永磁材料。

作为一种优选方式：滚珠（10）材料选用碳化硅陶瓷球。

本发明的有益效果是：本发明提供的磁力滚压加工装置，借助磁力为非接触力的特点，将磁力作为驱动力，解决了传统滚压加工无法完成对长圆管内表面滚压加工的难题，为长圆管内表面光整强化提供了一种新加工工艺，本发明保证了磁力滚压加工装置可以满足不同径向尺寸长圆管和不同轴向尺寸长圆管的加工要求，通用性强，本发明中外部磁场发生器装置结构简单、运动同步性和稳定性好，同时可确保操作人员的人身安全。本发明适用于对长圆管工件内表面的光滑整强化处理。

附图说明

图1为磁力滚压加工装置原理示意图；

图2为外部磁场发生器结构示意图；

图3为磁性滚压工具结构示意图；

图4为滚珠保持架结构三视图示意图；

图5为两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁结构主视图示意图；

图6为两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁结构侧视图示意图；

图7为尼龙底座结构主视图示意图；

图8为尼龙底座结构侧视图示意图；

其中，1、外磁路45钢辅助磁路，2、外磁路45钢垫片，3、外磁路磁极，4、长圆管，5、内磁路永磁铁，6、尼龙底座，7、内磁路45钢辅助磁路，8、四棱柱铝外壳，9、滚珠保持架，10、滚珠，11、轴承座，12、滚珠丝杠副，13、电动机，14、传送带，15、轴承，16、外部磁场发生器，17、磁性滚压工具。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

如图1和图2所示，一种长圆管内表面磁力滚压加工装置包括外部磁场发生器和磁性滚压工具；所述外部磁场发生器通过电动机和传送带带动转动，产生空间旋转磁场；两对尺寸相同的长方体的外磁路磁极固定在外磁路45钢垫片上，并通过外磁路45钢辅助磁路与相邻的长方体的外磁路磁极连接在一起，形成外磁路；两对尺寸相同的长方体的外磁路磁极、外磁路45钢垫片、外磁路45钢辅助磁路安装在轴承上，由电动机通过传送带带动轴承旋转，轴承上固定的两对尺寸相同的长方体的外磁路磁极转动起来，形成了空间旋转磁场，另外，外部磁场发生器通过滚珠丝杠副带动，可以沿长圆管轴向进给。通过更换不同厚度的外磁路45钢垫片，可使两对尺寸相同的长方体的外磁路磁极沿径向移动，满足不同径向尺寸长圆管工件的加工要求；所述磁性滚压工具包括滚珠、两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁、滚珠保持架、四棱柱铝外壳、内磁路45钢辅助磁路、尼龙底座；两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁和两对相同尺寸的长方体的外磁路磁极异性磁极正对，构成系统的磁源和主磁路；外磁路45钢辅助磁路和内磁路45钢辅助磁路作为辅助磁路，用以减小磁路中磁阻，增大磁通量，尽可能使两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁和两对相同尺寸的长方体的外磁路磁极的性能得到充分利用；滚珠、滚珠保持架和两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁组成的部件在四棱柱铝外壳的导向作用下可以沿径向自由进给。与此同时，外部磁场发生器、磁性滚压工具可以沿轴向同步进给，满足不同轴向尺寸长圆管工件的加工要求。滚珠的运动由滚珠保持架和两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁约束；滚珠保持架上开有孔径合适的圆孔，可以避免滚珠的窜动和脱落，通过更换开有不同直径圆孔的滚珠保持架，可以安装大小不同的滚珠进行滚压加工，满足不同工艺要求；尼龙底座完成对各部件的装夹定位。加工时，磁性滚压工具在外部磁场发生器的磁牵引力作用下，在长圆管工件内转动，滚珠依靠与长圆管工件内壁之间的正压力，完成对长圆管工件内壁的多点式径向碾压。

上述方案中，磁力滚压装置的磁源为两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁和两对相同尺寸的长方体的外磁路磁极，材料均为钕铁硼永磁材料，外部磁场发生器和磁性滚压工具之间相互作用力大，系统结构简单、运动同步性和稳定性好。

上述方案中，外磁路45钢辅助磁路和内磁路45钢辅助磁路采用磁导率较高的45钢材料。磁路磁阻小，两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁和两对相同尺寸的长方体的外磁路磁极被充分利用，系统有良好的磁路性能。

上述方案中，两对相同尺寸的长方体的外磁路磁极可沿径向移动，在一定范围内，满足不同径向尺寸长圆管工件的加工要求，通用性强，使用价值大。

上述方案中，外部磁场发生器采用电动机驱动，通过变频器控制电动机的转速可使系统获得不同的工作速度，满足不同加工要求。

上述方案中，外部磁场发生器、磁性滚压工具可以沿轴向进给，满足不同轴向尺寸长圆管工件的加工要求。

上述方案中，滚珠选用碳化硅陶瓷球，该滚珠能够避免磁场干扰，且硬度很高，磁性滚压工具上安装大小不同的滚珠，可满足不同的加工要求。

对于磁性滚压工具，四棱柱铝外壳和内磁路45钢辅助磁路通过工业胶粘结在一起，四棱柱铝外壳和内磁路45钢辅助磁路组成的部件通过螺钉固定在尼龙底座上，滚珠保持架和两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁嵌接在一起，滚珠的运动由两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁和滚珠保持架约束，滚珠、滚珠保持架和两对相同尺寸的长方体的内磁路永磁铁组成的部件在四棱柱铝外壳之间可径向移动。

进行磁力滚压加工时，外部磁场发生器位于长圆管工件外侧，磁性滚压工具置于长圆管工件内部，外部磁场发生器在电动机带动下高速旋转，产生旋转磁场，磁性滚压工具在磁牵引力作用下，随外部磁场发生器同步转动，与此同时，外部磁场发生器轴向进给，磁性滚压工具同步进给，磁性滚压工具通过滚珠给长圆管工件内表面一个正压力，从而完成对长圆管工件内表面的滚压加工。

本实施例采用长方体的外磁路磁极的结构，钕铁硼永磁铁表面磁场强度随自身高度的增加而增强，当高宽比接近于2时，磁场强度随高度的增加，增长变得非常缓慢，磁极头高宽比取为2。如图3所示，磁性滚压工具的结构，包括四棱柱铝外壳、内磁路45钢辅助磁路、滚珠保持架、滚珠、长方体内磁路永磁铁、尼龙底座；内磁路45钢辅助磁路和四棱柱铝外壳粘结在一起，并通过螺钉固定在尼龙底座上，滚珠保持架和长方体内磁路永磁铁嵌接在一起，滚珠保持架上开有圆孔，滚珠的运功由滚珠保持架和长方体内磁路永磁铁约束，滚珠、滚珠保持架和长方体内磁路永磁铁组成的部件自由地放置在四棱柱铝外壳之间，当受到外部磁场磁引力作用时，滚珠紧压在长圆管工件内表面，完成滚压加工。如图4所示，滚珠保持架的结构，滚珠保持架结构和长方体内磁路永磁铁结构配合，二者嵌接在一起，滚珠保持架上圆孔尺寸和滚珠配合，滚珠保持架对滚珠起到一定的约束作用，避免滚珠窜动和脱落。如图5和图6所示，长方体内磁路永磁铁的结构，长方体内磁路永磁铁结构同样与滚珠保持架结构配合，长方体内磁路永磁铁上开有滚道。为了保证内磁路45钢辅助磁路与尼龙底座、四棱柱铝外壳配合安装方便，将内磁路45钢辅助磁路设计成等腰直角三棱柱形状，内磁路45钢辅助磁路和四棱柱铝外壳的配合面通过工业胶粘结在一起，并通过螺钉固定在尼龙底座上。如磁力滚压加工中，滚珠、滚珠保持架、长方体内磁路永磁铁组成的部件需要沿径向进给，完成对长圆管工件的滚压，四棱柱铝外壳起到对滚珠、滚珠保持架、长方体内磁路永磁铁组成部件的定位和运动导向作用。结合四棱柱铝外壳和内磁路45钢辅助磁路、长方体内磁路永磁铁的配合，四棱柱铝外壳设计为四棱柱形式，截面为等腰梯形。如图7和图8所示，尼龙底座的结构，尼龙底座材料选用尼龙，结构上与上述各部件结构配合。磁性滚压工具上长方体内磁路永磁铁的布置形式，周向布置4块永磁铁，主磁通沿着磁导体形成封闭回路时，平均磁力线长度缩短，磁阻减小，磁通密度增大，磁路性能更好。

本实施例磁力滚压系统参数：

1长方体外磁路磁极对数：2对；

2长方体内磁路磁极对数：2对；

3长方体外磁路磁极高度：60mm；

4长方体外磁路磁极宽度：30mm；

5长方体外磁路磁极长度：60mm；

6内、外辅助磁路材料：45钢；

7滑动轴承内径：270mm；

8电动机型号：Y802-2；

9传送带型号：Z带；

10滚珠丝杠副型号：DCMB30T；

11滚珠材料：碳化硅；

12滚珠直径：8mm；

13滚珠保持架材料：45钢；

14滚珠保持架上开孔直径：7.9mm；

15长方体外磁路磁极、长方体内磁路永磁铁材料：钕铁硼；

16长方体内磁路永磁铁高度：16mm；

17长方体内磁路永磁铁宽度：14mm；

18长方体内磁路永磁铁长度：60mm；

19四棱柱铝外壳材料：铝；

20磁性滚压工具轴向尺寸：60mm。

上述实施例仅是本发明的一种方案，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是利用本实施例的技术，包括对本实施例做简单的变化，均属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种长圆管内表面磁力滚压加工装置，其特征在于：包括处于长圆管（4）外部的外部磁场发生器（16）和处于长圆管（4）内部的磁性滚压工具（17）；所述外部磁场发生器（16）包括外磁路磁极(3)，外磁路磁极(3)通过圆周转动形成旋转磁场，外磁路磁极(3)通过沿着长圆管（4）的中心轴线方向做轴向进给带动旋转磁场做轴向进给；所述磁性滚压工具（17）包括滚珠（10）、内磁路永磁铁（5），内磁路永磁铁（5）在旋转磁场的作用下在长圆管（4）的内表面做圆周转动和沿着长圆管（4）的中心轴线方向做轴向进给，与内磁路永磁铁（5）连接的滚珠（10）对长圆管（4）的内表面形成正压力，完成对长圆管（4）内表面的多点式径向碾压，所述外部磁场发生器（16）还包括电动机（13）、传送带（14）、外磁路45钢垫片(2)、轴承（15）、轴承座（11）、滚珠丝杠副 (12)、外磁路45钢辅助磁路(1)，外磁路磁极(3)通过外磁路45钢垫片(2)固定在轴承（15）形成外磁路，外磁路45钢辅助磁路(1)安装在轴承（15）上，电动机（13）通过传送带（14）带动轴承（15）旋转从而带动外磁路磁极(3)做圆周转动，滚珠丝杠副(12)带动轴承座（11）做沿着长圆管（4）的中心轴线方向直线进给，轴承（15）安装在轴承座（11）上，从而实现外磁路磁极(3)沿着长圆管（4）的中心轴线方向做轴向进给。

2.根据权利要求1所述的一种长圆管内表面磁力滚压加工装置，其特征在于：所述磁性滚压工具（17）还包括滚珠保持架（9）、四棱柱铝外壳（8）、内磁路45钢辅助磁路（7）、尼龙底座（6），内磁路永磁铁（5）与外磁路磁极(3)异性磁极正对，滚珠（10）安装在滚珠保持架（9）上，内磁路永磁铁（5）与滚珠保持架（9）通过四棱柱铝外壳（8）固定在一起。

3.根据权利要求1所述的一种长圆管内表面磁力滚压加工装置，其特征在于：外磁路磁极(3)与内磁路永磁铁（5）数量相同且都为4个，材料均为钕铁硼永磁材料。

4.根据权利要求1所述的一种长圆管内表面磁力滚压加工装置，其特征在于：滚珠（10）材料选用碳化硅陶瓷球。