CN109623506B - 一种复杂金属零件的抛光方法及其应用的喷嘴装置 - Google Patents

一种复杂金属零件的抛光方法及其应用的喷嘴装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复杂金属零件的抛光方法及磨料水射流喷嘴，该抛光方法包括以下几个步骤：1)磨料水射流去毛刺、2)抛光液配置、3)等离子抛光、4)超声波清洗、烘干；该磨料水射流喷嘴包括水射流喷嘴(1)、磨料进给通道(3)、上壳体(6)、轴套(7)、内壳体(8)、磨料射流喷嘴(9)、下壳体(10)、端盖(11)、驱动喷嘴(18)，其中驱动喷嘴(18)喷射水流直接驱动所述磨料射流喷嘴转动，无需额外动力或设备实现喷嘴旋转，扩大了水射流工艺的加工范围；将磨料水射流去毛刺作为等离子抛光的前置工序，弥补了等离子抛光不能彻底去毛刺的技术缺陷，提高了零件抛光后的表面洁净程度，提高了加工质量与效果，加工过程安全清洁。

Description

一种复杂金属零件的抛光方法及其应用的喷嘴装置
技术领域
本申请涉及抛光加工领域，特别涉及一种复杂金属零件的抛光方法及其应用的喷嘴装置。
背景技术
等离子抛光是一种将电解反应与电化学反应相结合的新型加工工艺。将金属工件与直流电源正极相连接构成阳极，抛光槽、抛光液以及电源负极整体形成阴极。阳极工件与阴极抛光液接触过程中，直流电压稳定在某个特定的值，抛光液率先发生电解反应产生大量的气体，同时金属工件与抛光液瞬时短路产生热量使得液体蒸发形成水蒸汽，两者最终在阳极工件周围建立稳定的气层，使其与抛光液相隔离。气层的大电阻特性在直流电场下形成局部高压，导致气层被电离产生等离子体，并且等离子体会优先在工件表面凸起位置产生放电通道，最终实现对凸起位置的去除，达到高亮度、粗糙度低的抛光效果。
目前，对于一些复杂金属零件如液压件，等离子抛光虽然可以对其内腔及表面进行抛光达到干净、光亮的效果，但无法对内腔及表面部分毛刺根除，因此需增加前处理工序。现有的去毛刺方法主要有人工去毛刺、化学去毛刺、电解去毛刺等。人工去毛刺效率低下且无法对复杂内孔毛刺进行去除，化学去毛刺适用于复杂零件内部难于去除的毛刺，但也存在化学废物、废气问题，电解去毛刺虽可以对复杂零件内部隐蔽毛刺进行去除，但会使得金属零件表面失去光泽，且后续需要清洗、防锈处理工序。磨料水射流是依靠高压混合射流的高速冲击和冲刷，实现材料去除的一种特种加工方法，利用磨料水射流的冲蚀能力，用于材料表面清洗、除锈、表面强化以及工件去毛刺、倒圆角等。磨料水射流喷嘴为磨料水射流关键部件，通常需要与其他机床或者设备配合使用而实现旋转喷射加工，限制了其应用场合，并增加了加工成本。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本申请提供了一种复杂金属零件的抛光方法，将磨料水射流去毛刺作为等离子抛光的前置工序，对复杂金属零件的复杂毛刺进行去除，随后利用等离子抛光技术对金属零件整体进行抛光达到清洗、高亮、粗糙度低的效果，提高产品的质量与效率；提供了一种可旋转的磨料水射流喷嘴，利用高压水作为动力源直接驱动，加工方便、装配简单。
采用的技术方案是：1、一种复杂金属零件的抛光方法，包括以下步骤：1)磨料水射流去毛刺：在高压水射流中混入磨料，通过可旋转磨料水射流喷嘴射出对金属零件内腔及表面毛刺进行去除；2)抛光液配置：针对不同金属零件材质配制抛光液，并将其放置于不锈钢抛光槽中；3)等离子抛光：将金属零件置于阳极上，不锈钢抛光槽为阴极，两者之间保持一定的直流电压，对金属零件进行抛光；4)超声波清洗，烘干。
进一步地，所述抛光方法还包括磁性研磨抛光步骤，该磁性研磨抛光步骤置于所述步骤3)之后，其中磁性磨料采用烧结磁性研磨粒子或者球形复合磁性磨料，研磨液使用油性研磨液，研磨时间为10min。
进一步地，所述的水射流压强为20～30MPa，所述的磨料为石榴石，去除时间为5min～15min。
进一步地，所述磨料水射流去毛刺步骤还包括1.1)粗去毛刺和1.2)精去毛刺步骤，所述粗去毛刺步骤中水射流压强为25～35MPa，所述的磨料为石榴石,去除时间为3min～10min；所述精去毛刺步骤中水射流压强为20～30MPa，所述的磨料为白刚玉，去除时间为5min～10min。
进一步地，所述的直流电压为240V～400V，抛光液温度为60℃～90℃，抛光时间为3min～10min。
进一步地，所述抛光液根据不同金属选择对应的中性抛光盐和水按照一定比例配制而成。
一种可旋转磨料水射流喷嘴，其应用于上述的复杂金属零件的抛光方法中，包括水射流喷嘴、磨料进给通道、上壳体、轴套、内壳体、磨料射流喷嘴、下壳体、端盖、驱动喷嘴，上壳体与下壳体固定连接，其内部自上至下分别安装有内壳体、轴套、磨料射流喷嘴，端盖固定于下壳体下端部，水射流喷嘴固定于上壳体顶部，内壳体固定于上壳体内部，磨料进给通道穿过固定连接的上壳体、内壳体伸入至内壳体内部的混料仓，高压水与磨料在混料仓内充分混合，并通过内壳体底部设置的混合磨料出口喷出，磨料射流喷嘴通过轴承安装于上壳体与下壳体形成的内部腔体，磨料射流喷嘴包括轮状部和柱状部，轮状部位于柱状部上部，柱状部顶部高于轮状部的上表面，柱状部顶部设置为凹槽，内壳体下部的混合磨料出口伸入柱状部顶部凹槽内，轮状部位于上壳体内，柱状部下部通过端盖伸出下壳体，轮状部上侧面沿径向间隔均布置数个叶片，驱动喷嘴固定安装于上壳体，其喷射口位于上壳体内并直接将水流喷射于所述叶片上，从而驱动磨料射流喷嘴旋转，磨料射流流道位于柱状部中轴线，喷嘴部位于所述磨料射流流道下端并与磨料射流喷嘴中轴线呈45度角。
进一步地，所述磨料射流喷嘴的喷嘴部横截面为直径1mm的狭长缝隙。
进一步地，所述上壳体包括第一部分和第二部分，该第一部分位于该第二部分上部且同轴设置，其中第一部分直径小于第二部分直径，所述水射流喷嘴固定安装于该第一部分顶面中间开设的通孔内，所述内壳体内部形成混料仓，该内壳体下部为锥形，该锥形底部设置有混合磨料出口，该内壳体固定于所述第一部分内部，所述内壳体周侧间隔180°设置两通孔与所述第一部分周侧间隔180°设置两通孔对齐，所述磨料进给通道固定安装于对齐设置的内壳体与上壳体第一部分的通孔内。
进一步地，所述上壳体的第二部分顶部表面间隔180度设置两安装孔内，所述驱动喷嘴固定安装于上述安装孔内。
进一步地，所述驱动喷嘴包括垂直部和弯曲部，弯曲部位于垂直部下部，垂直部固定安装于所述上壳体第二部分的安装孔中，弯曲部位于所述上壳体第二部分内部，喷射口位于弯曲部下端，弯曲部与垂直部夹角角度为120°～140°，喷射口喷射水流作用于所述磨料射流喷嘴的轮状部的叶片上。
本发明的有益效果是：将磨料水射流作为等离子抛光的前置工序，弥补了等离子抛光不能彻底去毛刺的技术缺陷，且大大提高了零件抛光后的表面质量，提高了加工质量与效果；磨料水射流在对金属零件进行去毛刺过程中，不会产生火花，避免了常规去毛刺方法着火、爆炸的危险；磨料水射流在工作过程中无粉尘以及有毒气体产生，整个过程安全清洁；磁性研磨抛光工艺进一步提高复杂金属零件内表面的加工精度；可旋转磨料水射流喷嘴结构简单，加工方便，减少设备投入，降低成本。
附图说明
图1为本申请抛光工艺流程图
图2为磨料水射流喷嘴的结构示意图
图3为磨料水射流喷嘴剖面图一
图4为磨料水射流喷嘴剖面图二
图5为磨料射流喷嘴的结构示意图
图6为上壳体的结构示意图
图7为下壳体的结构示意图
图8为内壳体的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围做出更为清楚明确的界定。
附图中，1-水射流喷嘴 2-螺母一 3-磨料进给通道 4-螺母二5-垫圈 6-上壳体6.1-第一部分 6.2-安装孔 6.3-第二部分 7-轴套 8-内壳体 8.1-通孔 8.2-混合磨料出口 9-磨料射流喷嘴 9.1-轮状部 9.2-柱状部 9.3-喷嘴部 10-下壳体 10.1-连接面10.2-排水孔 10.3-凸起部 11-端盖 12-螺钉一 13-轴承 14-螺母三 15-螺钉二 16-螺钉三 17-螺母四 18-驱动喷嘴
参见附图1所示，一种复杂金属零件的抛光方法，包括以下步骤：1)磨料水射流去毛刺：在高压水射流中混入磨料，通过可旋转磨料水射流喷嘴装置射出对金属零件内腔及表面毛刺进行去除；2)抛光液配置：针对不同金属零件材质配制抛光液，并将其放置于不锈钢抛光槽中；3)等离子抛光：将金属零件置于阳极上，不锈钢抛光槽为阴极，两者之间保持一定的直流电压，对金属零件进行抛光；4)超声波清洗，烘干。
磨料水射流去毛刺步骤中，所述的水射流压强为20～30MPa，所述的磨料为石榴石，去除时间为5min～15min；磨料水射流去毛刺步骤还可以包括粗去毛刺和精去毛刺两步骤，粗去毛刺步骤中水射流压强为25～35MPa，磨料为石榴石,去除时间为3min～10min；精去毛刺步骤中水射流压强为20～30MPa，所述的磨料为白刚玉，去除时间为5min～10min，获得更好的零件表面质量。
所述抛光液由中性抛光盐和水按照一定比例配置而成。
所述等离子抛光步骤中直流电压为240V～400V，抛光液温度为60℃～90℃，抛光时间为3min～10min。
该抛光方法进一步还包括磁性研磨抛光步骤，将复杂金属零件置于磁研磨抛光设备中，该加工步骤使用磁性磨料采用40μm的氧化铝与70μm的铁离子烧结形成的100μm的磁性研磨粒子或者90μm的球形复合磁性磨料，研磨液使用油性研磨液，研磨时间为10min，对金属零件进行全方位的精密研磨加工，可彻底清除毛刺，特别是对于复杂形状零件的光整加工，减少疲劳破坏，进一步提高加工精度。
参见图2-8，所述的磨料水射流喷嘴装置为后混式可旋转喷嘴，包括水射流喷嘴1、磨料进给通道3、上壳体6、轴套7、内壳体8、磨料射流喷嘴9、下壳体10、端盖11、驱动喷嘴18等，上壳体6包括第一部分6.1和第二部分6.3，第一部分6.1位于第二部分6.3上部且同轴设置，其中第一部分6.1直径小于第二部分6.3直径，水射流喷嘴1通过螺母一2固定安装于上壳体6的第一部分6.1顶部中间开设的通孔内，内壳体8内部形成混料仓，内壳体8下部为锥形，该锥形底部设置有混合磨料出口8.2，内壳体8固定于上壳体6第一部分6.1内部，内壳体8周侧间隔180°设置两通孔，磨料进给通道3穿设于内壳体8与上壳体6第一部分6.1周侧对齐的的通孔内，磨料进给通道3通过螺母二4与楔形垫圈5固定安装于对齐的内壳体8与上壳体6第一部分6.1周侧设置的通孔中；驱动喷嘴18包括垂直部和弯曲部，弯曲部位于垂直部下部，垂直部通过螺钉三16固定于上壳体6第二部分6.3顶部表面间隔180度设置的两安装孔6.2内，弯曲部位于上壳体6第二部分6.3内部，喷射口位于弯曲部下端，弯曲部与垂直部夹角角度为120°～140°，轴套7位于上壳体6第二部分6.3内部，轴套7凸缘通过螺钉固定于上壳体第一部分6.1下部，轴套7内侧与内壳体8下部凸台配合，上壳体6的第二部分6.3内部与下壳体10内部形成容纳腔，上壳体8第二部分下部凸缘、下壳体10上部凸缘均布固定通孔，并通过螺钉二15、螺母三14固定连接；磨料射流喷嘴9包括轮状部9.1和柱状部9.2，轮状部9.1位于柱状部9.2上部，柱状部9.2顶部高于轮状部9.1，柱状部9.2顶部为锥形凹槽，内壳体8下部的混合磨料出口8.2略伸入柱状部9.2顶部锥形凹槽内，柱状部9.2顶部凹槽锥形角度为20°～60°，并小于内壳体8下部锥形角度，柱状部9.2下部伸出下壳体10，轮状部9.1位于上壳体6第二部分6.3内部，其上表面沿径向间隔均布置数个叶片，驱动喷嘴18弯曲部的喷射口直接将水流喷射于叶片上，从而驱动磨料射流喷嘴旋转，磨料射流流道位于柱状部9.2中轴线，喷嘴部9.3喷嘴横截面为直径1mm的狭长缝隙，与磨料射流喷嘴中轴线呈45度角，通过改变高压水喷射于磨料喷嘴9本体上使其旋转实现对金属零件内腔毛刺的去除，轮状部9.1下侧面与下壳体10内部凸起部10.3相抵，下壳体凸起部10.3与外壁内侧形成环形槽，环形槽底部间隔设置有数个排水孔10.2，环形槽与外壁连接面10.1为斜面，轴承分别于柱状部9.2顶部外侧与轴套7下部内侧及下壳体10凸起部10.3内侧与柱状体9.2外侧，端盖11外缘通过螺钉三16固定于下壳体10下部通孔内。该可旋转磨料水射流喷嘴仅需要利用高压水作为驱动源，无需额外的动力或者设备驱动，操作简单，安装容易。
本发明的有益效果是：将磨料水射流作为等离子抛光的前道工序，提高了产品的去毛刺质量，相比于传统去毛刺方式，其去毛刺效率更高；将等离子抛光技术作为磨料水射流的后处理工序，发挥了等离子抛光的整体抛光的优势，可实现除锈、祛油的抛光效果，同时有效增加物体表面的亮度；二者相结合可对物体的去毛刺以及抛光，替代传统繁杂的抛光流程，自动化程度高，提高了加工质量与效果，整个加工过程安全清洁；后续增加磁性研磨抛光步骤，进一步提高复杂零件内腔的加工精度，减少污染；可旋转磨料水射流喷嘴装置，无需额外动力或设备实现喷嘴旋转，扩大了水射流工艺的加工范围，其中具有叶片的轮状体与柱状体结合的磨料射流喷嘴结构，加工容易，装配简单，大大降低了喷嘴制造成本。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种可旋转磨料水射流喷嘴，包括水射流喷嘴(1)、磨料进给通道(3)、上壳体(6)、轴套(7)、内壳体(8)、磨料射流喷嘴(9)、下壳体(10)、端盖(11)、驱动喷嘴(18)，其特征在于：上壳体(6)与下壳体(10)固定连接，其内部自上至下分别安装有内壳体(8)、轴套(7)、磨料射流喷嘴(9)，端盖(11)固定于下壳体(10)下端部，水射流喷嘴(1)固定于上壳体(6)顶部，内壳体(8)固定于上壳体(6)内部，磨料进给通道(3)穿过固定连接的上壳体(6)、内壳体(8)伸入至内壳体(8)内部的混料仓，高压水与磨料在混料仓内充分混合，并通过内壳体(8)底部设置的混合磨料出口(8.2)喷出，磨料射流喷嘴(9)通过轴承安装于上壳体(6)与下壳体(10)形成的内部腔体，其特征在于：磨料射流喷嘴(9)包括轮状部(9.1)和柱状部(9.2)，轮状部(9.1)位于柱状部(9.2)上部，柱状部(9.2)顶部高于轮状部(9.1)的上表面，柱状部(9.2)顶部设置为凹槽，内壳体(8)下部的混合磨料出口(8.2)伸入柱状部(9.2)顶部凹槽内，轮状部(9.1)位于上壳体(6)内，柱状部(9.2)下部通过端盖(11)通孔并伸出下壳体(10)，轮状部(9.1)上表面沿径向间隔均布置数个叶片，驱动喷嘴(18)固定安装于上壳体(6)，其喷射口位于上壳体(6)内并直接将水流喷射于所述叶片上，从而驱动所述磨料射流喷嘴(9)旋转，磨料射流流道位于柱状部(9.2)中轴线，喷嘴部(9.3)位于所述磨料射流流道下端并与磨料射流喷嘴(9)中轴线呈45度角；所述上壳体(6)包括第一部分(6.1)和第二部分(6.3)，该第一部分(6.1)位于该第二部分(6.3)上部且同轴设置，其中第一部分(6.1)直径小于第二部分(6.3)直径，所述水射流喷嘴(1)固定安装于该第一部分(6.1)顶面中间开设的通孔内，所述内壳体(8)内部形成混料仓，该内壳体(8)下部为锥形， 该锥形底部设置有混合磨料出口(8.2)，该内壳体(8)固定于所述第一部分(6.1)内部，所述内壳体(8)周侧间隔180°设置两通孔与所述第一部分(6.1)周侧间隔180°设置两通孔对齐，所述磨料进给通道(3)固定安装于对齐设置的所述内壳体(8)与第一部分(6.1)的通孔内；所述磨料射流喷嘴(9)的喷嘴部(9.3)横截面为直径1mm的狭长缝隙；所述上壳体的第二部分(6.3)顶部表面间隔180度设置两安装孔(6.2)内，所述驱动喷嘴(18)固定安装于上述安装孔(6.2)内；
所述可旋转磨料水射流喷嘴应用于一种复杂金属零件的抛光方法，该方法具体包括以下步骤：包括以下步骤：1)磨料水射流去毛刺：在高压水射流中混入磨料，通过可旋转磨料水射流喷嘴射出对金属零件内腔及表面毛刺进行去除；所述的水射流压强为20～30MPa，所述的磨料为石榴石，去除时间为5min～15min；所述磨料水射流去毛刺步骤包括1.1)粗去毛刺和1.2)精去毛刺步骤，所述粗去毛刺步骤中水射流压强为25～35MPa，所述的磨料为石榴石,去除时间为3min～10min；所述精去毛刺步骤中水射流压强为20～30MPa，所述的磨料为白刚玉，去除时间为5min～10min；2)抛光液配置：针对不同金属零件材质配制抛光液，并将其放置于不锈钢抛光槽中；3)等离子抛光：将金属零件置于阳极上，不锈钢抛光槽为阴极，两者之间保持一定的直流电压，对金属零件进行抛光；4)磁性研磨抛光：采用烧结磁性研磨粒子或者球形复合磁性磨料，研磨液使用油性研磨液，研磨时间为10min；5)超声波清洗，烘干；所述的直流电压为240V～400V，抛光液温度为60℃～90℃，抛光时间为3min～10min；所述抛光液根据不同金属选择对应的中性抛光盐和水按照一定比例配制而成。
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