CN109227233A - 声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非导磁金属管内表面磁力研磨技术领域，具体涉及一种声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置及方法。包括车床以及安装在车床上的超声振动总成、外部磁极、内部辅助磁极、脉冲电源、电刷、非导磁金属管以及磁性研磨料；脉冲电源与电刷相连，电刷与非导磁金属管接触形成闭合回路，通过电刷将电脉冲传递至非导磁金属管，超声振动总成与内部辅助磁极相连，超声振动使内部辅助磁极产生高频振动。非导磁金属管在车床的作用下产生回转运动，外部磁极与内部辅助磁极沿车床丝杠轴向做往复直线运动，带动磁性研磨料对非导磁金属管内壁进行研磨。本发明提高研磨效率和研磨质量，而且不会对金属管内壁造成损伤。

Description

声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置及方法

技术领域

本发明涉及非导磁金属管内表面磁力研磨技术领域，具体涉及一种声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置及方法。

背景技术

随着科技的发展，一些具有密度低，强度高，腐蚀性能好，工艺性能好等优点的材料，比如钛合金，被广泛应用于航天工程结构材料。基于需要，对由这些材料制成，有特殊用途的金属管内表面的光整加工也显得额外重要。这些金属材料本身难以加工，对管内表面进行加工，使得难度近一步提高。目前难加工材料金属管内表面的光整加工比较有效的技术有磁力研磨技术、超声磁力研磨技术、电化学磁力研磨技术、超声电火花复合抛光技术。这些难加工材料的材质较硬，单纯的磁力研磨加工效率低，表面质量不高。通过加入超声振动，可以一定程度上提高其表面质量，但还是不能很好解决其加工效率低和表面质量不高的问题。

CN 205363430 U公开了《一种适用于合金管光整加工的电化学磁力研磨机》，将电化学光整加工与轴向超声振动辅助磁力研磨加工相结合，通过电化学反应使合金管工件表面反应生成一层较软的钝化膜，轴向超声振动辅助磁力研磨有效去除这层钝化膜，配合轴向超声振动产生的空化作用，实现对硬质合金管的光整加工。采用电化学辅助磁力研磨，虽然一定程度上提高了加工效率和加工质量，但是由于加工过程复杂，电化学对内壁腐蚀的不均匀性，很容易造成内壁的严重损坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置及方法，提高研磨效率和研磨质量，而且不会对金属管内壁造成损伤。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，包括车床以及安装在车床上的超声振动总成、外部磁极、内部辅助磁极、脉冲电源、电刷、非导磁金属管以及磁性研磨料；脉冲电源与电刷相连，电刷与非导磁金属管接触形成闭合回路，通过电刷将电脉冲传递至非导磁金属管，超声振动总成与内部辅助磁极相连，超声振动使内部辅助磁极产生高频振动。

加工时非导磁金属管装夹在车床的三爪卡盘上，内部辅助磁极放置于非导磁金属管内部，磁性研磨料放于非导磁金属管内表面；非导磁金属管在车床的作用下产生回转运动，外部磁极与内部辅助磁极沿车床丝杠轴向做往复直线运动，带动磁性研磨料对非导磁金属管内壁进行研磨。

还包括第一滑台、第二滑台、第三滑台、溜板箱a与溜板箱b；外部磁极固定在第一滑台上，超声振动总成与内部辅助磁极固定在第二滑台上，第一滑台、第二滑台与第三滑台安装在车床床身的导轨上，溜板箱a固定在第一滑台一侧，溜板箱b固定在第二滑台一侧。

所述溜板箱a与溜板箱b安装在车床的丝杠上，由丝杠电机驱动，丝杠电机驱动溜板箱a与溜板箱b沿丝杠做同步往复直线运动。

所述超声振动总成包括依次相连的超声波发生器、集电环、换能器、变辐杆以及连接轴；超声波发生器将电信号转换为超声频的电振荡信号，通过换能器转换成为同频的机械振动，经过变幅杆将振动幅值放大，通过连接轴传递给内部辅助磁极。

所述外部磁极为L形。所述内部辅助磁极为V形。

还包括绝缘套筒，非导磁金属管固定在绝缘套筒内，绝缘套筒装夹在车床的三爪卡盘上。

还包括电刷支架，电刷支架固定在第三滑台上，电刷固定在电刷支架上，通过导线将脉冲电源的正负极分别连接到电刷上。

一种声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的方法，具体包括如下步骤：

步骤一、将非导磁金属管固定在绝缘套筒上，将绝缘套筒连同非导磁金属管装夹在车床的三爪卡盘上；将电刷固定在电刷支架上，电刷支架固定在第三滑台上，第三滑台带动电刷支架沿与车床轴线垂直的方向移动，使电刷与非导磁金属管接触；

步骤二、将L形外部磁极固定在第一滑台上，移动第一滑台使外部磁极位于非导磁金属管下方；

步骤三、将V形内部辅助磁极固定在超声振动总成的连接轴上，超声振动总成固定在第二滑台上，移动第二滑台使连接轴与车床主轴同轴，将V形内部辅助磁极放置在非导磁金属管内部；

步骤四、将混有油性研磨液的磁性研磨料添加到非导磁金属管内；

步骤五、接通脉冲电源，将脉冲电压3～5V、脉冲频率500～800HZ、脉冲间隔时间为60～90μs的高能电脉冲通入非导磁金属管，非导磁金属管在电脉冲的作用下，产生电致塑性效应和焦耳热效应，非导磁金属管的塑性提高，硬度下降；

步骤六：将V形内部辅助磁极移动到加工区域，V形内部辅助磁极与L形外部磁极形成闭合磁感线回路，磁性研磨料沿磁感线排列，填充在0.5～1.5mm的加工间隙中；

步骤七、将振幅10～20μm、频率15～20HZ的超声振动施加到V形内部辅助磁极上，在超声振动的作用下，在研磨过程中，磨粒的运动轨迹变得复杂，同时还有利于磨料的翻滚更新；

步骤八、启动研磨液供给泵，为加工区域供给油性研磨液；

步骤九、启动车床主轴电机，主轴带动非导磁金属管旋转，转速为2000～3000r/min；

步骤十、启动车床丝杠电机，丝杠带动溜板箱a与溜板箱b同步运动，带动第一滑台与第二滑台同步运动，外部磁极与内部辅助磁极沿车床丝杠轴向做往复直线运动，带动磁性研磨料对非导磁金属管内壁进行研磨。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用声电耦合磁力研磨，将优化参数的高能电脉冲通入金属材料，在电致塑性、焦耳热效应等多重效应的作用下，提高金属管的塑性，使其一定程度的软化，降低研磨内表面时的切削力。利用超声振动，增加磨料研磨轨迹的复杂性。在磁力研磨时，金属管内表面产生位错，在高能电脉冲作用下，内表面塑性进一步提高。电脉冲消除研磨过程中磨料的切削刃切削后产生的加工硬化，降低切削力。在高能电脉冲和超声振动的耦合作用下，提高了加工效率和质量。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明结构示意主视图；

图3为本发明结构示意俯视图；

图4为本发明超声振动部分立体结构示意图；

图5为本发明超声振动部分与高能电脉冲部分立体结构示意图。

图中：1-外部磁极 2-内部辅助磁极 3-脉冲电源 4-电刷 5-TC4钛合金管 6-车床三爪卡盘 7-车床丝杠 8-第一滑台 9-第二滑台 10-第三滑台 11-溜板箱a 12-溜板箱b13-丝杠电机 14-超声波发生器 15-集电环 16-换能器 17-变幅杆 18-连接轴 19-绝缘套筒 20-电刷支架 21-固定套筒

具体实施方式

实施例：

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

如图1-5所示，声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，包括车床以及安装在车床上的超声振动总成、外部磁极1、内部辅助磁极2、脉冲电源3、电刷4、TC4钛合金管5、磁性研磨料、第一滑台8、第二滑台9、第三滑台10、溜板箱a11、溜板箱b12、绝缘套筒19以及电刷支架20。车床为现有产品，外部磁极1为L形，内部辅助磁极2为V形。

TC4钛合金管5的一端固定在绝缘套筒19内，绝缘套筒19装夹在车床三爪卡盘6上。车床的主轴箱带动车床三爪卡盘6旋转，车床三爪卡盘6带动绝缘套筒19与TC4钛合金管5同步旋转。

第三滑台10安装在车床床身的导轨上，第三滑台10沿车床床身导轨移动。第三滑台10由滑块与滑轨组成，滑块沿滑轨移动。电刷支架20固定在第三滑台10的滑块上，电刷4固定在电刷支架20上，通过导线将脉冲电源3的正负极分别连接到电刷4上。电刷4与TC4钛合金管5形成闭合回路，通过电刷4将高能电脉冲传递至TC4钛合金管5。在电脉冲作用下，TC4钛合金管5产生电致塑性和焦耳热效应等多重效应，塑性提高，硬度下降。

第一滑台8安装在车床床身的导轨上，第一滑台8由滑块与滑轨组成，滑块沿滑轨移动。溜板箱a11固定在第一滑台8一侧，溜板箱a11安装在车床丝杠7上，由丝杠电机13驱动，丝杠电机13驱动溜板箱a11与第一滑台8沿车床丝杠7做往复直线运动。L形外部磁极1固定在第一滑台8的滑块上。

第二滑台9安装在车床床身的导轨上，第二滑台9由滑块与滑轨组成，滑块沿滑轨移动。溜板箱b12固定在第二滑台9一侧，溜板箱b12安装在车床丝杠7上，由丝杠电机13驱动，丝杠电机13驱动溜板箱b12与第二滑台9沿车床丝杠7做往复直线运动。

超声振动总成包括依次相连的超声波发生器14、集电环15、换能器16、变辐杆17以及连接轴18。内部辅助磁极2固定连接轴18上，超声振动总成通过固定套筒21固定在第二滑台9的滑块上。超声波发生器14将电信号转换为超声频的电振荡信号，通过换能器转16换成为同频的机械振动，经过变幅杆17将振动幅值放大，通过连接轴18传递给内部辅助磁极2。

声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的方法，具体包括如下步骤：

步骤一、将TC4钛合金管5一端固定在绝缘套筒19上，将绝缘套筒19连同TC4钛合金管5装夹在车床三爪卡盘6上。将电刷4固定在电刷支架20上，电刷支架20固定在第三滑台10上，第三滑台带动电刷支架20沿与车床轴线垂直的方向移动，使2个电刷4与TC4钛合金管5侧面的头尾部接触。

步骤二、将L形外部磁极1固定在第一滑台8上，移动第一滑台8使外部磁极4位于TC4钛合金管5另一端下方；

步骤三、将V形内部辅助磁极2固定在超声振动总成的连接轴18上，超声振动总成固定在第二滑台9上，移动第二滑台9使连接轴18与车床主轴同轴，将V形内部辅助磁极2放置在TC4钛合金管5内部；

步骤四、将烧结法制备的粒径为250μm，混有FC-10油性研磨液的磁性研磨料添加到TC4钛合金管5内；

步骤五、接通脉冲电源，将脉冲电压4V、脉冲频率700HZ、脉冲间隔时间为82.5μs的高能电脉冲通入TC4钛合金管，TC4钛合金管在电脉冲的作用下，产生电致塑性效应和焦耳热效应，非导磁金属管的塑性提高，硬度下降；

步骤六：将V形内部辅助磁极移动到加工区域，V形内部辅助磁极与L形外部磁极形成闭合磁感线回路，磁性研磨料沿磁感线排列，填充在1mm的加工间隙中；

步骤七、将振幅15μm、频率19HZ的超声振动施加到V形内部辅助磁极上，在超声振动的作用下，在研磨过程中，磨粒的运动轨迹变得复杂，同时还有利于磨料的翻滚更新；

步骤八、启动研磨液供给泵，为加工区域供给油性研磨液；

步骤九、启动车床主轴电机，主轴带动TC4钛合金管旋转，转速为3000r/min；

步骤十、启动车床丝杠电机，丝杠带动溜板箱a与溜板箱b同步运动，带动第一滑台与第二滑台同步运动，外部磁极与内部辅助磁极沿车床丝杠轴向做往复直线运动，带动磁性研磨料对非导磁金属管内壁进行研磨。

本发明采用声电耦合磁力研磨，将优化参数的高能电脉冲通入金属材料，在电致塑性、焦耳热效应等多重效应的作用下，提高金属管的塑性，使其一定程度的软化，降低研磨内表面时的切削力。利用超声振动，增加磨料研磨轨迹的复杂性。在磁力研磨时，金属管内表面产生位错，在高能电脉冲作用下，内表面塑性进一步提高。电脉冲消除研磨过程中磨料的切削刃切削后产生的加工硬化，降低切削力。在高能电脉冲和超声振动的耦合作用下，提高了加工效率和质量，而且不会对金属管内壁造成损伤。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，其特征在于，包括车床以及安装在车床上的超声振动总成、外部磁极、内部辅助磁极、脉冲电源、电刷、非导磁金属管以及磁性研磨料；脉冲电源与电刷相连，电刷与非导磁金属管接触形成闭合回路，通过电刷将电脉冲传递至非导磁金属管，超声振动总成与内部辅助磁极相连，超声振动使内部辅助磁极产生高频振动；

加工时非导磁金属管装夹在车床的三爪卡盘上，内部辅助磁极放置于非导磁金属管内部，磁性研磨料放于非导磁金属管内表面；非导磁金属管在车床的作用下产生回转运动，外部磁极与内部辅助磁极沿车床丝杠轴向做往复直线运动，带动磁性研磨料对非导磁金属管内壁进行研磨。

2.根据权利要求1所述的声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，其特征在于，还包括第一滑台、第二滑台、第三滑台、溜板箱a与溜板箱b；外部磁极固定在第一滑台上，超声振动总成与内部辅助磁极固定在第二滑台上，第一滑台、第二滑台与第三滑台安装在车床床身的导轨上，溜板箱a固定在第一滑台一侧，溜板箱b固定在第二滑台一侧。

3.根据权利要求2所述的声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，其特征在于，所述溜板箱a与溜板箱b安装在车床的丝杠上，由丝杠电机驱动，丝杠电机驱动溜板箱a、溜板箱b沿丝杠做同步往复直线运动。

4.根据权利要求1所述的声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，其特征在于，所述超声振动总成包括依次相连的超声波发生器、集电环、换能器、变辐杆以及连接轴；超声波发生器将电信号转换为超声频的电振荡信号，通过换能器转换成为同频的机械振动，经过变幅杆将振动幅值放大，通过连接轴传递给内部辅助磁极。

5.根据权利要求1所述的声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，其特征在于，所述外部磁极为L形。

6.根据权利要求1所述的声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，其特征在于，所述内部辅助磁极为V形。

7.根据权利要求1所述的声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，其特征在于，还包括绝缘套筒，非导磁金属管固定在绝缘套筒内，绝缘套筒装夹在车床的三爪卡盘上。

8.根据权利要求2所述的声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的装置，其特征在于，还包括电刷支架，电刷支架固定在第三滑台上，电刷固定在电刷支架上，通过导线将脉冲电源的正负极分别连接到电刷上。

9.基于权利要求1所述装置的声电耦合磁力研磨非导磁金属管内表面的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一、将非导磁金属管固定在绝缘套筒上，将绝缘套筒连同非导磁金属管装夹在车床的三爪卡盘上；将电刷固定在电刷支架上，电刷支架固定在第三滑台上，第三滑台带动电刷支架沿与车床轴线垂直的方向移动，使电刷与非导磁金属管接触；

步骤二、将L形外部磁极固定在第一滑台上，移动第一滑台使外部磁极位于非导磁金属管下方；

步骤三、将V形内部辅助磁极固定在超声振动总成的连接轴上，超声振动总成固定在第二滑台上，移动第二滑台使连接轴与车床主轴同轴，将V形内部辅助磁极放置在非导磁金属管内部；

步骤四、将混有油性研磨液的磁性研磨料添加到非导磁金属管内；

步骤五、接通脉冲电源，将脉冲电压3～5V、脉冲频率500～800HZ、脉冲间隔时间为60～90μs的高能电脉冲通入非导磁金属管，非导磁金属管在电脉冲的作用下，产生电致塑性效应和焦耳热效应，非导磁金属管的塑性提高，硬度下降；

步骤六：将V形内部辅助磁极移动到加工区域，V形内部辅助磁极与L形外部磁极形成闭合磁感线回路，磁性研磨料沿磁感线排列，填充在0.5～1.5mm的加工间隙中；

步骤七、将振幅10～20μm、频率15～20HZ的超声振动施加到V形内部辅助磁极上，在超声振动的作用下，在研磨过程中，磨粒的运动轨迹变得复杂，同时还有利于磨料的翻滚更新；

步骤八、启动研磨液供给泵，为加工区域供给油性研磨液；

步骤九、启动车床主轴电机，主轴带动非导磁金属管旋转，转速为2000～3000r/min；

步骤十、启动车床丝杠电机，丝杠带动溜板箱a与溜板箱b同步运动，带动第一滑台与第二滑台同步运动，外部磁极与内部辅助磁极沿车床丝杠轴向做往复直线运动，带动磁性研磨料对非导磁金属管内壁进行研磨。