CN110093484A - 一种旋转式微盲孔空化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开空化强化加工领域中一种旋转式微盲孔空化装置，驱动电机的输出轴同轴连接转轴，转轴上套有齿轮，齿轮与水平布置的基座侧壁上设有的外齿啮合；带有微盲孔的工件竖直放置在基座正中间，工件的正上方表面紧密接触且连接带有中心通孔的O形垫块，O形垫块的正上方表面紧密接触且连接隔膜，密封腔室内注满液体；隔膜杆下端从壳体的通孔中伸入与隔膜固定连接，隔膜杆的上端与斜盘边缘处的下表面接触，斜盘的上表面是水平面，下表面是与上表面间有夹角的倾斜面。竖直工作台基座上段设置能上下移动的竖直移动工作台，竖直移动工作台通过支架固定连接斜盘；利用隔膜杆在斜盘上的匀速转动，进而使得隔膜产生往复运动，形成空化。

Description

一种旋转式微盲孔空化装置

技术领域

本发明属于空化强化加工领域，尤其涉及一种对直径小于2mm的微小盲孔进行加工的装置。

背景技术

零部件或者构件种类的正朝着密集化、复杂化和微型化方向发展，对于具有高质量微盲孔结构的工件需求越来越多。对于微盲孔结构的工件，通常需要对其内孔表面进行强化，以提高其使用寿命。但目前由于受微盲孔结构以及加工工具运动干涉的限制，传统的机械喷丸强化与冷挤压强化加工技术难以将这一类工件加工到满足工业领域使用要求。机械喷丸强化加技术以微小弹丸为工作介质，利用高压风或压缩空气作动力，通过喷嘴将大量高速运动的弹丸连续喷射到零件表面，使金属表面产生强烈的塑性变形，形成一定厚度的形变硬化层达到强化的目的。对内孔进行强化时，喷嘴必须伸入到内孔中，对于孔径较小的盲孔，由于喷嘴移动受限，难以完成对整体内表面强化，且喷丸强化后的表面粗糙度也会相应地增大。挤压强化加工技术是用有一定过盈量的芯棒缓慢穿过待强化孔，使孔内表面引入压缩残余应力，从而提高孔的疲劳寿命，但由于较细的芯棒在挤压过程中容易发生断裂，所以该加工技术同样难以完成对微盲孔的强化。

发明内容

本发明的目的针对目前工件微盲孔强化技术存在的工艺复杂、加工困难、强化不充分等不足，提供了一种旋转式微盲孔空化装置，通过利用隔膜的往复运动不断改变待强化微盲孔中密封液体体积，实现微盲孔的空化，从而对其表面强化。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：本发明包括竖直工作台基座和驱动电机，驱动电机的输出轴同轴连接转轴，转轴上套有齿轮，齿轮与水平布置的基座侧壁上设有的外齿啮合；带有微盲孔的工件竖直放置在基座正中间，微盲孔的开口朝上，工件的正上方表面紧密接触且连接带有中心通孔的O形垫块，O形垫块的正上方表面紧密接触且连接隔膜，隔膜、O形垫块、工件的微盲孔具有相同中心轴线，三者中间形成一个密封腔室，密封腔室内注满液体；工件、O形垫块和隔膜的外部共同罩有一个壳体，壳体与基座固定连接，壳体顶部正中间开有通孔，隔膜杆下端从壳体的通孔中伸入与隔膜固定连接，隔膜杆的上段径向延伸一个台阶轴，台阶轴与壳体之间的隔膜杆外套有弹簧；隔膜杆的上端与斜盘边缘处的下表面接触，斜盘的上表面是水平面，下表面是与上表面间有夹角的倾斜面；竖直工作台基座上段设置能上下移动的竖直移动工作台，竖直移动工作台通过支架固定连接斜盘；控制器通过控制线分别控制驱动电机旋转和竖直移动工作台上下移动。

基座、隔膜、O形垫块和工件都放置在储液箱中，储液箱和液池之间的管道上装有液体泵，控制器通过控制线连接液体泵；控制器控制液体泵往储液箱中供液后再依次装入工件、O形垫块、隔膜和壳体，使密封腔室内注满液体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1．本发明具有操作简单、便捷的特点，且值得注意的是本发明中所涉及到的斜盘可根据工作条件的需要定制，从而使得强化效率最大化。

2．本发明利用隔膜杆在斜盘上的匀速转动，进而使得隔膜产生往复运动，促使待强化微盲孔中的密封液体体积发生交变，周期性地改变了待强化孔中液体压力，形成空化，通过空泡溃灭所产生的高速水射流反复锤击待强化孔内壁完成强化；本装置所涉及的强化方式不受工件孔径的限制，因此可对不同形状、不同直径的微盲孔进行强化，通用性强。

3．本发明中的空化发生机构，通过旋转作用使空化泡充分接触孔壁，能够增强强化效果。

4.本发明可对两个或两个以上工件同时进行强化，加工效率高。

附图说明

图1为本发明所述的一种旋转式微盲孔空化装置的结构图；图中示出其中的空化发生机构运动到两个极限工位时的状态；

附图标记说明：1-液池，2-液体泵，3-阀门，4-排液口，5-齿轮，6-转轴，7-基座，8-回转支承，9-水平工作台基座，10-工件，11-密封圈，12-O形垫块，13-隔膜，14-壳体，15-弹簧，16-储液箱，17-隔膜杆，18-驱动电机，19-1号位置传感器，20-斜盘，21-竖直移动工作台，22-控制器，23-支架，24-2号位置传感器，25-竖直工作台基座。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括供液系统、空化发生机构、驱动机构、回转支承8、储液箱16、水平工作台基座9、竖直工作台基座25、竖直移动工作台21等。

空化发生机构底部是水平布置的基座7，基座7上正中间开有凹槽，用于放置工件10。带有微盲孔的工件10竖直放置在凹槽上，微盲孔的开口朝上。工件10的正上方表面紧密接触且连接带有中心通孔的O形垫块12，O形垫块12下表面和工件10上表面的接触处安装密封圈11，以保证微盲孔的密闭性。O形垫块12的正上方表面紧密且连接隔膜13，隔膜13密封住O形垫块12的中心通孔，隔膜13纵截面是圆锥形。这样，由隔膜13、O形垫块12、工件10的中间形成一个密封腔室，空化加工时，密封腔室中要先注满液体。隔膜13、O形垫块12、工件10的微盲孔具有相同中心轴线。

工件10、O形垫块12和隔膜13的外部共同罩有一个壳体14，壳体14底部通过螺钉与与基座7固定连接在一起。壳体14顶部正中间开有通孔。隔膜杆17垂直设置，其下端从壳体14顶部正中间的通孔中伸入，并且与隔膜13固定连接。隔膜13上部正中间固定嵌有螺纹孔，隔膜杆17下端通过螺纹连接与隔膜13固定成一个整体。

隔膜杆17的上段径向延伸一个外径较大的台阶轴，在台阶轴与壳体14之间的隔膜杆17外套有弹簧15，弹簧15有一定的预压力。隔膜杆17的上方是斜盘20，隔膜杆17的上端位于斜盘20的边缘下方处，在弹簧15压力作用下，隔膜杆17的上端与斜盘20下表面相接触。也使得隔膜13紧紧地夹持在壳体14和O形垫块12之间，且使得O形垫块12紧贴在工件10上端面。

斜盘20的中心轴上下垂直，其上表面是水平面，但其下表面是倾斜面，与上表面呈一定的夹角。这样，当空化发生机构旋转时，隔膜杆17在斜盘20倾斜的下表面作用下上下运动。

驱动机构用于向空化发生机构提供动力，其包括驱动电机18、转轴6和齿轮5。在基座7的侧壁上设有具有外齿，该外齿与齿轮5啮合，齿轮5的中心轴上下垂直，固定套在转轴6上。转轴6竖直布置，转轴6下端同轴连接齿轮5中心，下端与垂直布置的驱动电机18的输出轴同轴固定连接在一起。当驱动机构进行工作时，驱动电机18带动转轴6转动，转轴6带动齿轮5转动，进而由齿轮5带动基座7转动，隔膜杆17与基座7同时转动，从而使隔膜杆17沿着斜盘20的轨迹运动，进一步地使得隔膜13产生上下往复运动。

回转支承8嵌在基座7的底部中间，回转支承8的下端固定在水平工作台基座9上，回转支承8用于支承基座7的旋转运动，并保证基座7可相对于水平工作台基座9自由地转动。

水平工作台基座9固定连接竖直工作台基座25的底部，竖直工作台基座25竖直布置。在竖直工作台基座25的上段设置竖直移动工作台21，竖直移动工作台21沿竖直工作台基座25上下移动。竖直移动工作台21固定连接水平的支架23，支架23同时固定连接斜盘20，将斜盘20悬挂，使斜盘20可随着竖直移动工作台21而上下移动。

供液系统包括液池1、液体泵2、阀门3和储液箱16。基座7、隔膜13、O形垫块12、工件10放置在储液箱16中，或者可以将整个空化发生机构放置在储液箱16中。储液箱16外部的液池1通过管道伸在储液箱16顶部敞口中，在液池1和储液箱16之间的管道上安装液体泵2，用于将液池1中的液体泵入储液箱16中供液。储液箱16的底部侧壁上开有排液口4，排液口4通过管道和阀门3连接液池1，用于向液池1中排液。

在斜盘20的下表面处嵌有 1号位置传感器19，1号位置传感器19嵌在靠近高度处的隔膜杆17上端，也就是位于基座7、隔膜杆17转动的初始位置处，用于监测隔膜杆17转动到初始的最高位置，如图1中左侧工位显示的位置。在竖直工作台基座25上嵌有2号位置传感器24，用于监测斜盘20位于最高的极限位置。

控制器22通过控制线连接并控制液体泵2、阀门3、驱动电机18和竖直移动工作台21工作，通过信号线连接1号位置传感器19和2号位置传感器24，接收其监测的信号。

本发明工作时，空化发生机构用于改变孔中液体压力进而对微盲孔进行空化强化，利用隔膜杆17在斜盘20轨道上的匀速运动，进而使得隔膜13产生往复运动，促使密封腔室发生容积交变，周期性地改变了待强化孔中液体压力。当微盲孔中密封液体体积增大，密封液体压力会降低至该液体饱和蒸汽压以下时，形成空化现象；当密封液体体积减少，密封液体压力增大时，空泡发生溃灭，通过利用空泡溃灭所产生的高速水射流反复锤击待强化孔内壁，使孔壁发生一定量的塑性变形，实现对微盲孔的强化。

首先，控制器22控制液体泵2打开，往储液箱16中供液，待储液箱16注满后关闭液体泵2。将带有微盲孔的工件10放入基座7的凹槽内，将O形垫块12、隔膜13和壳体14依次安装好，通过螺钉将壳体14固定在基座7上，这样使微盲孔、O形垫块12中心通孔中都注满液体，即密封腔室内注满液体。然后将隔膜杆17下端拧入隔膜13的螺纹孔中，使之连接成一体。控制器22打开阀门3，排空储液箱16中的水后，再关闭阀门3。之后，控制器22控制到竖直移动工作台21，使之向下移动，当隔膜杆17上端与斜盘20下表面接触时，1号位置传感器19反馈信号至控制器22，控制器22控制竖直移动工作台21停止移动并锁定在该位置，如图1中左侧工位显示的隔膜杆17在最高处的极限位置。控制器22控制驱动电机18工作，使空化发生机构开始运转，齿轮5带动基座7和隔膜杆17转动，隔膜杆17在斜盘28下表面上作匀速转动，当转动到如图1右侧工位显示的隔膜杆17在最低处的极限位置时，隔膜杆17在最低位置处。隔膜杆17这样上下动作从而带动隔膜13产生上下往复运动，促使待强化微盲孔中的密封液体体积发生交变，周期性地改变了待强化孔中液体压力，形成空化。经过一段时间的强化处理后，关闭驱动电机18，然后向上移动竖直移动工作台21，当接收到2号位置传感器24反馈的信号时，停止移动竖直移动工作台21。最后拆除用于连接壳体14和基座7的螺钉，取出工件10。

Claims (6)

1.一种旋转式微盲孔空化装置，包括竖直工作台基座（25）和驱动电机（18），其特征是：驱动电机（18）的输出轴同轴连接转轴（6），转轴（6）上套有齿轮（5），齿轮（5）与水平布置的基座（7）侧壁上设有的外齿啮合；带有微盲孔的工件（10）竖直放置在基座（7）正中间，微盲孔的开口朝上，工件（10）的正上方表面紧密接触且连接带有中心通孔的O形垫块（12），O形垫块（12）的正上方表面紧密接触且连接隔膜（13），隔膜（13）、O形垫块（12）、工件（10）的微盲孔具有相同中心轴线，三者中间形成一个密封腔室，密封腔室内注满液体；工件（10）、O形垫块（12）和隔膜（13）的外部共同罩有一个壳体（14），壳体（14）与基座（7）固定连接，壳体（14）顶部正中间开有通孔，隔膜杆（17）下端从壳体（14）的通孔中伸入与隔膜（13）固定连接，隔膜杆（17）的上段径向延伸一个台阶轴，台阶轴与壳体（14）之间的隔膜杆（17）外套有弹簧（15）；隔膜杆（17）的上端与斜盘（20）边缘处的下表面接触，斜盘（20）的上表面是水平面，下表面是与上表面间有夹角的倾斜面；竖直工作台基座（25）上段设置能上下移动的竖直移动工作台（21），竖直移动工作台（210通过支架（23）固定连接斜盘（20）；控制器（22）通过控制线分别控制驱动电机（18）旋转和竖直移动工作台（21）上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式微盲孔空化装置，其特征是：基座（7）、隔膜（13）、O形垫块（12）和工件（10）都放置在储液箱（16）中，储液箱（16）和液池（1）之间的管道上装有液体泵（2），控制器（22）通过控制线连接液体泵（2）；控制器（22）控制液体泵（2）往储液箱（16）中供液后再依次装入工件（10）、O形垫块（12）、隔膜（13）和壳体（14），使密封腔室内注满液体。

3.根据权利要求2所述的一种旋转式微盲孔空化装置，其特征是：储液箱（16）的底部侧壁上开有排液口（4），排液口（4）通过管道和阀门（3）连接液池（1），控制器（22）通过控制线连接阀门（3）。

4.根据权利要求1所述的一种旋转式微盲孔空化装置，其特征是：基座（7）的底部中间嵌有回转支承（8），回转支承（8）的下端固定连接水平工作台基座（9）上，水平工作台基座（9）固定连接竖直工作台基座（25）的底部。

5.根据权利要求1所述的一种旋转式微盲孔空化装置，其特征是：在靠近高度处的隔膜杆（17）上端位置处，斜盘（20下）表面上嵌有 1号位置传感器（19）；在靠近斜盘（20）最高位置处，竖直工作台基座（25）上嵌有2号位置传感器（24，）1号位置传感器（190和2号位置传感器（24）通过信号线连接控制器（22）。

6.根据权利要求1所述的一种旋转式微盲孔空化装置，其特征是：O形垫块（12）下表面和工件（10）上表面的接触处设有密封圈（11）。