CN110076703A - 一种磁流体液压砂轮及其可控式光整加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流体液压砂轮、属于模具光整加工及砂轮制造技术领域，磁流体液压砂轮与主轴相连，包括球冠砂轮、砂轮基座、磁场发生装置；砂轮基座与主轴相连，砂轮基座上设有磁场发生装置和球冠砂轮，球冠砂轮与砂轮基座之间密封有磁流体，球冠砂轮为柔性橡胶基金刚石砂轮；球冠砂轮与砂轮基座之间还设有紧固圈。本发明提供一种适用于复杂型腔曲面光整加工的磁流体液压砂轮，通过调节磁流体的粘弹性力学参数，即可实现对模具型腔表面进行可控式光整加工，解决现有精密模具加工过程中加工区域面积不易调整的问题。

Description

一种磁流体液压砂轮及其可控式光整加工方法

技术领域

本发明属于模具光整加工及砂轮制造技术领域，具体涉及一种磁流体液压砂轮及可控式光整加工方法。

背景技术

模具是现代工业的核心，是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。随着社会的发展和科技的进步，对模具的表面质量要求日益严格，各种复杂精密模具大量涌现，其表面形状也越来越复杂，粗糙度要求越来越高。研究和开发适用面广、加工效率高、加工精度高的新型光整加工新技术是现代工业生产的必然要求。

精密模具由毛坯到成品的加工过程中，无论是切削加工、铣削加工、磨削加工、锻造加工，一般会在模具型腔表面留下程度不同的粗糙加工表面及各种各样的缺陷，如加工纹路导致表面凹凸不平、加工应力导致微观裂纹等。这些缺陷的产生和存在不仅影响模具本身的质量，还影响模具的装配精度、性能和使用寿命。尤其为了改善模具型腔的表面质量，一般还要根据需要对模具型腔进行光整加工。

因此，如何提供一种适用于复杂型腔曲面光整加工的砂轮，来达到精密模具的高效率、高质量加工要求，是目前模具制造厂家急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于复杂型腔曲面光整加工的磁流体液压砂轮，通过调节磁流体的粘弹性力学参数，即可对模具型腔表面进行可控式光整加工，解决现有精密模具加工效率低、加工区域大小不易调控，加工质量较差的问题。

本发明的第一目的是提供一种磁流体液压砂轮，其与主轴相连，包括球冠砂轮、砂轮基座、磁场发生装置。

上述砂轮基座与上述主轴相连，上述砂轮基座上设有上述磁场发生装置和上述球冠砂轮，上述球冠砂轮与上述砂轮基座之间密封有磁流体，上述球冠砂轮为柔性橡胶基金刚石砂轮；上述球冠砂轮与上述砂轮基座之间还设有紧固圈。

本发明提供的磁流体液压砂轮进一步优选设置为， 上述磁流体内部设有冷却流道，上述冷却流道与外部的冷却管网相连，上述冷却流道由相互连通的横孔、纵孔、弧形孔组成。通过相互连通的内置孔连接一体，构成整体内部冷却系统，降低磨削温度，防止磁流体内部温度不均衡，影响磁流体性能。

本发明提供的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，上述冷却流道一端与设于主轴内部的进液孔相连，另一端与主轴上设置的出液孔相连，所述主轴为中空芯轴，其上设有双通道旋转接头、进液流道、出液流道。用于更换冷却介质，使用现有的中空主轴和双通道旋转接头方法来进行冷却介质的更换。

本发明提供的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，上述磁场发生装置包括电磁铁和线圈，用于产生磁场。通过改变线圈电流大小来调节磁场强度，影响内垫层内磁流体的粘弹性力学参数，从而可以控制球冠砂轮与工件表面仿形接触面的大小，实现加工区域面积大小的可控和调整。电磁铁与电磁铁控制器相连，电磁铁控制器与机床主控系统相连并由其控制。

本发明提供的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，上述球冠砂轮还包括内垫层和粘黏层。用于连接和密封磁流体，同时对砂轮起到一定硬度的支撑作用。

本发明提供的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，上述磁流体由以下质量百分比的原料制成：磁性颗粒占30%-60%，硅油占20%-40%，SEBS弹性颗粒占30%-50%。磁流体在磁场作用下，通过改变粘弹性磁流体的粘度和弹性力学参数来改善砂轮与工件之间的接触条件，实现砂轮与工件的柔性接触。

本发明提供的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，上述磁性颗粒为MnZn铁氧体、羟基铁粉、Fe₃O₄、Fe₃N 、Fe、Co、Ni中的任意一种或多种组合；上述载液为硅油、矿物油、合成油、水中的任意一种。

本发明的第二目的在于提供一种磁流体液压砂轮布置方法，其上设有如上上述的磁流体液压砂轮，上述液压砂轮与上述主轴同轴设置。此为本发明的一种加工布置方式。

本发明的第三目的在于提供另一种磁流体液压砂轮布置方法，其上设有如上上述的磁流体液压砂轮，上述液压砂轮环周均布设置于上述主轴上，多个上述液压砂轮的球冠砂轮围成一个环形抛光带，上述液压砂轮轴线与上述主轴轴线垂直相交。此为本发明的另一种加工布置方式。

本发明提供的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，上述环形砂轮中的液压砂轮均可以旋转，所述磁流体液压砂轮还包括如下部件；

旋转电机，固定设置于主轴上，用于驱动液压砂轮，此时液压砂轮的球冠砂轮的端面为圆弧面；

行星轮，一端与所述旋转电机的驱动轴相连，另一端与环形齿轮的轴向内齿啮合；

环形齿轮、其内环侧壁设有与所述行星轮啮合的轴向内齿，其下端面设有与旋转齿轮匹配的端面齿轮；

扇形抛光砂轮、间隔设置于所述可以旋转的液压砂轮之间，用于将不完整的环形砂轮补充完整；

连接杆、用于将扇形抛光砂轮固定在主轴的轴肩上；

旋转齿轮、外侧与环形齿轮啮合，内侧与所述液压砂轮的砂轮基座连成一体，所述砂轮基座与主轴之间通过轴承转动相连。

本发明的第四目的是提供一种磁流体液压砂轮的可控式光整加工方法，上述方法利用如上上述的磁流体液压砂轮进行可控式光整加工，上述方法包括如下：

步骤一、磁流体液压砂轮装配；首先采用六角螺栓将电磁铁和砂轮基座连接固定，将磁流体装入内垫层，然后将砂轮基座放入内垫层，排气处理后将内垫层与砂轮基座通过粘黏层进行固定，构成封闭空间，最后通过紧固圈将球冠砂轮贴合内垫层安装并固定。

步骤二、磁流体液压砂轮的大面积光整加工；根据模具工件的实际加工面积需要，调节线圈电流大小控制磁流体处于较小的磁场强度，通过机床驱动系统驱动磁流体液压砂轮向模具工件表面移动，直至球冠砂轮将工件待加工区域完全覆盖为止，然后通过主轴带动磁流体液压砂轮旋转，与加工区域产生相对运动，实现光整加工。

步骤三、局部光整加工；步骤二完成后，调大线圈电流，增强磁流体的粘弹性，减少球冠砂轮与工件的接触面积，对待加工的局部小区域进行光整加工。

有益效果

本发明提供了一种磁流变效应明显、可控性好、性能稳定的一种磁流体液压砂轮及可控式光整加工方法，具有以下优点：

（1）传统磨削过程中，砂轮与工件之间是刚性接触，本发明通过粘弹性的磁流体来改善砂轮与工件之间的接触条件，实现砂轮与工件的柔性接触，起到缓冲作用，可有效减小较大磨削力对工件的损害。

（2）本发明通过内垫层、砂轮基座及粘黏层构成密闭空间，基于帕斯卡定律，流变性能良好的磁流体受到工件挤压后会将内部静压力等值传递至于球冠砂轮接触的整个工件表面，具有很好的仿形性，并形成均匀压力，该压力垂直于各接触面，有利于提高加工质量。

（3）本发明采用绕线电磁铁，通过改变线圈电流大小来调节磁场强度，影响内垫层内磁流体的粘度和弹性力学参数，从而可以控制球冠砂轮与工件表面仿形接触面的大小，实现加工面积可控式的调整。

（4）本发明布置方式多样，可以满足不同加工工件形状的要求，通用性较好。

附图说明

图1是本发明的一种实施例小面积加工时的结构示意图。

图2是本发明的一种实施例大面积加工时的结构示意图。

图3是本发明另一种实施例的结构布置图。

图4是本发明实施例一种液压砂轮的立体示意图。

图5是本发明实施例中另一种结构布置图。

图6是本发明旋转接头安装结构示意图。

以上图中的标示为：1、主轴；2、冷却流道； 3、砂轮基座；4、紧固圈； 5、粘黏层； 6、内垫层；7、球冠砂轮；8、工件；9、磁流体；91、铁氧体； 92、弹性塑料颗粒；10、电磁铁；11、线圈； 12、旋转电机；13、行星轮； 14、环形齿轮；15、扇形抛光砂轮； 16、连接杆；17、旋转齿轮； 18、轴肩；19、轴承；21、横孔；22、纵孔；23、弧形孔；71、第二球冠砂轮、101、旋转接头、102、进液流道、103、出液流道。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

结合图1，图2，图6，一种磁流体液压砂轮，其与机床的主轴1相连，包括球冠砂轮7、砂轮基座3、磁场发生装置；

砂轮基座3与主轴1相连，砂轮基座3上设有磁场发生装置和球冠砂轮7，球冠砂轮7与砂轮基座3之间密封有磁流体，球冠砂轮7为柔性橡胶基金刚石砂轮；球冠砂轮7与砂轮基座3之间还设有紧固圈4。基于帕斯卡定律，磁流体受到工件8挤压后会将内部静压力等值传递至与球冠砂轮7接触的整个工件8表面，具有很好的仿形性，并形成均匀压力，该压力垂直于各接触面，有利于提高加工质量。

本实施例中的磁流体液压砂轮进一步优选设置为， 磁流体9内部设有冷却流道2，冷却流道2与外部的冷却管网相连，冷却流道2由相互连通的横孔21、纵孔22、弧形孔23组成。通过相互连通的内置孔连接一体，构成整体内部冷却系统，降低磨削温度，防止磁流体9内部温度不均衡，影响磁流体9性能。

如图6所示，本实施例中的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，冷却流道2一端与设于主轴1内部的进液孔相连，另一端与主轴1上设置的出液孔相连，所述主轴为中空芯轴，其上设有双通道旋转接头101、进液流道102、出液流道103。用于更换冷却介质，使用现有的中空主轴1和旋转接头方法来进行冷却介质的更换。

本实施例中的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，磁场发生装置包括电磁铁10和线圈11，用于产生磁场。通过改变线圈11电流大小来调节磁场强度，影响内垫层6内磁流体9的粘弹性力学参数，从而可以控制球冠砂轮7与工件8表面仿形接触面的大小，实现加工区域面积大小的可控和调整。电磁铁10与电磁铁10控制器相连，电磁铁10控制器与机床主控系统相连并由其控制。

本实施例中的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，球冠砂轮7还包括内垫层6和粘黏层5。用于连接和密封磁流体9，同时对砂轮起到一定硬度的支撑作用。

本实施例中的磁流体液压砂轮进一步优选设置为， 磁流体9由以下质量百分比的原料制成：磁性颗粒占30%-60%，硅油占20%-40%， SEBS弹性颗粒占30%-50%。磁流体9在磁场作用下，通过粘弹性的磁流体9的粘度和弹性力学参数来改善砂轮与工件8之间的接触条件，实现砂轮与工件8的弹性接触，起到缓冲作用，可有效减小较大磨削力对工件8的损害。

本实施例中的磁流体液压砂轮进一步优选设置为，磁性颗粒为MnZn铁氧体、羟基铁粉、Fe₃O₄、Fe₃N 、Fe、Co、Ni中的任意一种或多种组合；载液为硅油、矿物油、合成油、水中的任意一种。

具体实施时，在本实施例中，液压砂轮与主轴1同轴设置，液压砂轮轴线与主轴1轴线重合。

磁流体液压砂轮的光整加工方法包括如下：

步骤一、磁流体液压砂轮装配；首先采用六角螺栓将电磁铁10和砂轮基座3连接固定，将磁流体装入内垫层6，然后将砂轮基座3放入内垫层6，排气处理后将内垫层6与砂轮基座3通过粘黏层5进行固定，构成封闭空间，最后通过紧固圈4将球冠砂轮7贴合内垫层6安装并固定。

步骤二、磁流体液压砂轮的大面积光整加工；根据模具工件8的实际加工需要，调节线圈11电流大小控制磁流体处于较小的磁场强度，通过机床驱动系统驱动磁流体液压砂轮向模具工件8表面移动，直至球冠砂轮7将工件8待加工区域完全覆盖为止，然后通过主轴1带动磁流体液压砂轮旋转，与加工区域产生相对运动，实现光整加工。

步骤三、局部光整加工；步骤二完成后，调大线圈11电流，增强磁流体的粘弹性，减少球冠砂轮7与工件8的接触面积，对待加工的局部小区域进行光整加工。

实施例2

结合实施例1和图2、图3，图4，与实施例1的区别在于，本实施例中，液压砂轮与主轴1的安装和布局不同。本实施例中液压砂轮环周均布设置于主轴1上，多个液压砂轮的球冠砂轮7围成一个环形砂带。同时此时液压砂轮的球冠砂轮7为扇形板状，由多个扇形板状的球冠砂轮7组成一个环形砂轮。

实施例3

结合实施例1和图2、图3，图4，图5，与实施例2的区别在于，除了形成环形砂轮外，环形砂轮中的液压砂轮均可以旋转，同时本实施例中还包括如下部件；

旋转电机12，固定设置于主轴1上，用于驱动液压砂轮，此时液压砂轮的球冠砂轮71的端面为圆弧面；

行星轮13，一端与所述旋转电机12的驱动轴相连，另一端与环形齿轮14的轴向内齿啮合；

环形齿轮14、其内环侧壁设有与所述行星轮13啮合的轴向内齿，其下端面（从图5中方向看）设有与旋转齿轮17匹配的端面齿轮；

扇形抛光砂轮15、间隔设置于所述可以旋转的液压砂轮之间，用于将不完整的环形砂轮补充完整；

连接杆16、用于将扇形抛光砂轮15固定在主轴1的轴肩18上；

旋转齿轮17、外侧与环形齿轮14啮合，内侧与所述液压砂轮的砂轮基座3连成一体，所述砂轮基座3与主轴1之间通过轴承转动相连。

具体实施时候，主轴带动整个环形砂轮旋转抛光，此时扇形抛光砂轮15和第二球冠砂轮71同时对工件进行柔性抛光，同时由于第二球冠砂轮71能够缓慢旋转，同时第二球冠砂轮71和扇形抛光砂轮15之间存在空隙以及旋转柔性作用力，材料的去除更加快，更方便排屑，同时能够降低磨削温度。

Claims (10)

1.一种磁流体液压砂轮，其与机床主轴相连，其特征在于，包括球冠砂轮、砂轮基座、磁场发生装置；

所述砂轮基座与所述主轴相连，所述砂轮基座上设有所述磁场发生装置和所述球冠砂轮，所述球冠砂轮与所述砂轮基座之间密封有磁流体，所述球冠砂轮为柔性橡胶基金刚石砂轮；所述球冠砂轮与所述砂轮基座之间还设有紧固圈。

2.根据权利要求1所述的一种磁流体液压砂轮，其特征在于， 所述磁流体内部设有冷却流道，所述冷却流道与外部的冷却管网相连，所述冷却流道由相互连通的横孔、纵孔、弧形孔组成。

3.根据权利要求2所述的一种磁流体液压砂轮，其特征在于，所述主轴为中空芯轴，所述冷却流道一端与设于主轴内部的进液孔相连，另一端与主轴上设置的出液孔相连。

4.根据权利要求1所述的一种磁流体液压砂轮，其特征在于，所述磁场发生装置包括电磁铁和线圈。

5.根据权利要求1所述的一种磁流体液压砂轮，其特征在于，所述球冠砂轮还包括内垫层和粘黏层。

6.根据权利要求1所述的一种磁流体液压砂轮，其特征在于，所述磁流体由以下质量百分比的原料制成：磁性颗粒占30%-60%，硅油占20%-40%， SEBS弹性颗粒占30%-50%。

7.根据权利要求1所述的一种磁流体液压砂轮，其特征在于，所述磁性颗粒为MnZn铁氧体、羟基铁粉、Fe₃O₄、Fe₃N 、Fe、Co、Ni中的任意一种或多种组合；所述载液为硅油、矿物油、合成油、水中的任意一种。

8.一种磁流体液压砂轮，其特征在于，其上设有如权利要求1或2或3或4或5或6所述的磁流体液压砂轮，所述液压砂轮与所述主轴同轴设置。

9.一种磁流体液压砂轮，其特征在于，其上设有如权利要求1或2或3或4或5或6所述的磁流体液压砂轮，所述液压砂轮环周均布设置于所述主轴上，所述液压砂轮轴线与所述主轴轴线垂直相交，多个所述液压砂轮的球冠砂轮围成一个环形砂带。

10.一种磁流体液压砂轮的可控式光整加工方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求8或9所述的磁流体液压砂轮进行可控式光整加工，所述方法包括如下：

步骤一、磁流体液压砂轮装配；首先采用六角螺栓将电磁铁和砂轮基座连接固定，将磁流体装入内垫层，然后将砂轮基座放入内垫层，排气处理后将内垫层与砂轮基座通过粘黏层进行固定，构成封闭空间，最后通过紧固圈将球冠砂轮贴合内垫层安装并固定；

步骤二、磁流体液压砂轮的大面积光整加工；根据模具工件的实际加工需要，调节线圈电流大小控制磁流体处于较小的磁场强度，通过机床驱动系统驱动磁流体液压砂轮向模具工件表面移动，直至球冠砂轮将工件待加工区域完全覆盖为止，然后通过主轴带动磁流体液压砂轮旋转，与加工区域产生相对运动，实现光整加工；

步骤三、局部光整加工；步骤二完成后，调大线圈电流，增强磁流体的粘弹性，减少球冠砂轮与工件的接触面积，对待加工的局部小区域进行光整加工。