CN109015319B - 一种用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，该方法所采用的抛光工装包括内表面呈半球面形的工装本体，工装本体的内表面设有多孔状聚氨酯材料的抛光层；工件夹持装置带动待抛光工件以20～30转/分钟的转速旋转；抛光设备主轴带动抛光工装以850～1000转/分钟的转速旋转；在待抛光工件和抛光工装同时以不同速度旋转时，移动抛光工装使其内表面与待抛光工件表面相接触，同时加入金刚石抛光液，抛光至球面粗糙度达到设定值。该抛光方法使用的抛光工装结构简单、易于制造，该方法可操作性和可控性强，加工成本低、加工工效高、加工精度好，易于在业内推广使用。

Description

一种用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法
技术领域
本发明属于精密加工技术领域，具体涉及一种用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法。
背景技术
在冶金、石油、化工、电力、矿山等领域实用的各种阀门，由于工况相当恶劣，从而要求各类阀门具备耐高温、耐磨损、耐腐蚀、耐冲蚀和耐高压等性能。传统方法如从球阀本体材料(钢材)上去解决上述问题，往往成本相当昂贵，有时甚至是不可能的。然而通过各种表面技术的复合来改变材料表面的形态、化学成分、组织结构从而使基体材料获得优异的耐磨耐腐蚀等性能是一种非常可行且经济的办法。因此带硬质合金涂层的球阀阀芯正开始在各工业领域广泛应用。
该类球芯球面制备了一层高硬度、高耐磨性的硬质合金涂层，球阀要达到设计的密封效果必须要求球芯与阀座配合密封后达到零泄漏的要求。球阀关键部件球芯表面光滑一方面可以达到更高的密封要求，另一方面可以减小摩擦力。对于带有硬质合金涂层的球芯，由于涂层硬度高需经过磨削、研磨后与阀座配研达到密封要求，这种方法往往不能使涂层表面达到镜面状态；另外有对配研后的球芯采用百叶片加入抛光膏在球面车床上进行抛光处理，但是这样会影响球体的密封效果；还有人工拿抛光布加抛光膏对旋转的球芯进行抛光，但这种手动方式一方面受力不均衡，影响球体密封效果，另一方面也不安全。
因此，对于带硬质合金涂层球芯的高效高精密表面加工而言，迫切需要一种既能实现较高的加工精度和加工效率，又具备低成本和安全性能的新型硬质合金涂层球芯的抛光方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中对于带硬质合金涂层球芯的抛光成本高、加工效率低、加工效果差、难以满足高精密高效加工的要求等等不足，提供了一种加工设备结构简单、加工效率高、加工精度好、成本低的用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，该方法所采用的抛光工装包括内表面呈半球面形状的工装本体，所述工装本体的内表面设有多孔状聚氨酯抛光层；
将待抛光球芯工件安装于工件夹持装置上，在驱动力的作用下，工件夹持装置带动待抛光球芯工件以20～30转/分钟的转速旋转；
将抛光工装安装于抛光设备主轴上，在驱动力的作用下，抛光设备主轴带动抛光工装以850～1000转/分钟的转速旋转；
在待抛光球芯工件和抛光工装同时旋转时，移动抛光工装使其内表面与待抛光工件表面相接触，同时加入金刚石抛光液，抛光至球面粗糙度达到设定值。
在上述技术方案中，所述金刚石抛光液的粒度范围是：1.0～3.5μm。
在上述技术方案中，所述抛光层的厚度为1.5～3.5mm。
在上述技术方案中，所述工件夹持装置带动待抛光工件以20～30转/分钟的转速旋转。
在上述技术方案中，抛光设备主轴带动抛光工装以850～1200转/分钟的转速旋转。
在上述技术方案中，所述工装本体包括一体成型的抛光部和夹持部，所述抛光部设有若干条等距离分布的切割缝，所述切割缝的宽度为2.0～4.0mm。
在上述技术方案中，所述切割缝的数量为四条。
在上述技术方案中，所述抛光工装采用铝合金或铜合金制备。
本发明的有益效果是：本发明提供的用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，使用的抛光工装，其本体内表面粘接多孔聚氨酯材料的抛光层能聚集金刚石抛光剂，再结合在抛光过程中，球芯和抛光工装的相对运动从而能在短时间内获得高光洁度的表面且并不影响球体的圆度和密封效果。该抛光方法使用的抛光工装结构简单、易于制造，可配合多种机床使用。该方法操作性和可控性强，加工成本低、加工效率高、加工精度好。
附图说明
图1是本发明中抛光工装的结构示意图；
图2是本发明中抛光工装的俯视示意图；
图3是本发明用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法的加工过程示意图。
附图标记说明：1、待抛光工件；2、工件夹持装置；3、抛光工装；4、抛光层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案及工作过程做进一步的说明，进一步展示本发明的原理和优点：
如图1及图2所示，用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，该抛光方法所采用的抛光工装3，其包括内表面呈半球面形的工装本体，工装本体的内表面粘接有抛光层4。该抛光层4为多孔聚氨酯材料，该材料可通过市售购买获得。抛光层4的厚度优选为1.5～3.5mm。
在本实施例中，工装本体采用铝合金或者铜合金制成，包括一体成型的抛光部和夹持部。抛光部整体呈半球形，即其内表面和外表面均为半球面形。夹持部为截面呈T字型的圆柱形基座。抛光部线切割出切割缝，切割缝的数量为四条，宽度为2.0～4.0mm，以夹持部的轴线为中心沿抛光部圆周均匀分布。切割缝的作用是：一方面当工装和球芯产生高速相对运动时，更利于球芯表面与工装的贴合，另一方面有利于抛光层均匀的贴合，从而不易脱落。切割缝的数量并不限于四条，可根据实际的需要进行增减。需要说明的是，除了铝合金或者铜合金，工装本体还可以采用其它密度小或塑性较高的金属材料制备。
如图3所示，用于带硬质合金涂层球芯工件的精密高效抛光方法的加工过程，将待抛光工件1安装于工件夹持装置2上，在驱动力的作用下，工件夹持装置2带动待抛光工件1以20～30转/分钟的转速旋转。将抛光工装3安装于抛光设备主轴上，在驱动力的作用下，抛光设备主轴带动抛光工装3以850～1000转/分钟的转速旋转。在待抛光工件1和抛光工装3同时旋转时，移动抛光工装3使其内表面与待抛光工件1表面相接触，同时加入金刚石抛光液，抛光至球面粗糙度达到设定值。
工件夹持装置2带动待抛光工件1的转速旋转优选为20～30转/分钟。抛光设备主轴带动抛光工装3的转速旋转优选为850～1200转/分钟。金刚石抛光液主要用于抛光和冷却，其粒度优选为：1.5～3.5μm。需要说明的是，待抛光球芯工件和抛光工装同时旋转，同向或逆向旋转均可，并没有特殊的限制。
本发明的抛光原理是：球芯在低速旋转下，整个球面与抛光工装产生均匀的摩擦作用，有利于保持球芯的圆度从而满足密封性能的要求；而抛光工装在高速旋转下使金刚石抛光液与球芯表面产生强烈摩擦作用，从而能在最短时间内使硬质合金涂层表面趋于光滑。抛光工装四等分切割有利于抛光层的平整贴合，使抛光层不宜脱落。采用轻质、高塑性的金属抛光工装，能保证抛光过程能高转速高效率的运行。
采用本发明提供的抛光方法抛光一个外径为82mm的喷涂有硬质合金的球面，抛光条件具体采用：工件夹持装置2带动该球体以25转/分钟的转速旋转，抛光设备主轴带动抛光工装3以900转/分钟的转速旋转，金刚石抛光液的粒度为3.5μm。在上述条件下，至该球体的表面粗糙度达Ra0.01μm，仅需4～5分钟。相较于现有技术中的其它方法如阀座对研则需要30分钟，该方法极大程度上提高了加工效率，并有效保持了球芯的圆度及密封性。
综上所述，本发明提供的用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，在抛光加工过程中，抛光工件和抛光工装分别采用不同的旋转速度做相对运动，同时加入抛光液起到抛光和冷却的作用，抛光液随着抛光工装的移动可沿抛光工件表面流动，而抛光工作本身的半球面形内表面可以有效保证抛光工件的成形，进而获得较低的表面粗糙度且不影响球体的圆度和密封效果。抛光工装内表面所粘接的多孔聚氨酯材料抛光层，可进一步提高整体抛光效果和效率。总体而言，该抛光方法使用的抛光工装结构简单、易于制造，该方法可操作性和可控性强，加工成本低、加工工效高、加工精度好，适合批量化生产，有广泛的应用空间。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，其特征在于：该方法所采用的抛光工装(3)包括内表面呈半球面形的工装本体，所述工装本体的内表面设有多孔状聚氨酯材料的抛光层(4)；所述工装本体包括一体成型的抛光部和夹持部，所述抛光部设有若干条等距离分布的切割缝，所述切割缝的宽度为2.0～4.0mm，当工装和球芯产生高速相对运动时，切割缝有利于球芯表面与工装的贴合以及抛光层均匀的贴合；工件夹持装置(2)和抛光设备主轴的轴线相垂直；
将待抛光工件(1)安装于工件夹持装置(2)上，在驱动力的作用下，工件夹持装置(2)带动待抛光工件(1)以20～30转/分钟的转速旋转；
将抛光工装(3)安装于抛光设备主轴上，在驱动力的作用下，抛光设备主轴带动抛光工装(3)以850～1000转/分钟的转速旋转；
在待抛光工件(1)和抛光工装(3)同时旋转时，移动抛光工装(3)使其内表面与待抛光工件(1)表面相接触，同时加入金刚石抛光液，抛光至球面粗糙度达到设定值。
2.根据权利要求1所述的用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，其特征在于：所述金刚石抛光液的粒度范围是：1.0～3.5μm。
3.根据权利要求1所述的用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，其特征在于：所述抛光层(4)的厚度为1.5～3.5mm。
4.根据权利要求1所述的用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，其特征在于：所述切割缝的数量为四条。
5.根据权利要求1-3任一所述的用于带硬质合金涂层球芯的精密高效抛光方法，其特征在于：所述抛光工装采用铝合金或铜合金制备。
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