CN110103104B - 一种抛光45°分型o形橡胶密封圈模具的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置及方法，包括工件装卡驱动机构、工件平移定位机构、研磨磁极组、磁极夹持自旋转机构；工件装卡驱动机构固定在工件平移定位机构上，工件平移定位机构驱动工件装卡驱动机构在水平面上十字移动；研磨磁极组设置在工件装卡驱动机构上方，磁极夹持自旋转机构与研磨磁极组固定连接，并驱动研磨磁极组旋转，研磨磁极组对工件内表面研磨抛光。优点是：本发明采用磁力研磨方法对45°分型O形橡胶密封圈模具抛光，具有较好的柔性和自适应性，保证了较高的尺寸精度和形状精度。研磨磁极组在聚磁头一端表面开槽，增加了磁性磨料跟随磁极组旋转的驱动力。
Description
技术领域
本发明属于零件抛光技术领域，尤其涉及一种抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置及方法。
背景技术
O形橡胶密封圈(以下简称O形密封圈)是一种最基本的密封件，它适用范围广，在机床、船舶、汽车、各类仪器仪表、以及航空航天设备上得到大量应用。O形密封圈是具有圆形截面的环形橡胶密封圈，其主要用于规定的温度、压力、以及不同的液体和气体介质中，在静止或运动状态下起密封作用。按模具分型面的形式可分为180°分型和45°分型两种类型。180°分型O形密封圈一般用于静密封,45°分型O形密封圈一般用于动密封(往复运动和旋转运动密封)。在航空发动机和飞机附件传动机匣轴端滑油密封的弹簧加载或磁力加载装置的端面密封常采用O形密封圈，由于其多为动密封，所以采用45°分型制造。密封件的性能和密封系统的可靠性对机械性能十分重要，而密封圈的表面质量在很大程度上取决于密封圈模具的表面质量。O形密封圈模具的型腔尺寸小，圆周分布于圆锥表面，是一种内环槽结构，型腔表面不仅难于加工，而且质量要求高，用传统的机械抛光加工方法难以实现。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置及方法，实现对抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的下模凹形型腔表面抛光，达到型腔内表面粗糙度设计要求。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置，包括工件装卡驱动机构、工件平移定位机构、研磨磁极组、磁极夹持自旋转机构；
工件装卡驱动机构固定在工件平移定位机构上，工件平移定位机构驱动工件装卡驱动机构在水平面上十字移动；研磨磁极组设置在工件装卡驱动机构上方，磁极夹持自旋转机构与研磨磁极组固定连接，并驱动研磨磁极组旋转，研磨磁极组对工件内表面研磨抛光；
所述的研磨磁极组包括磁极固定连杆、圆柱形轴向永磁极、聚磁头，圆柱形轴向永磁极上端通过磁吸引力固定在磁极固定连杆上，下端通过磁吸引力将聚磁头固定，所述的磁极固定连杆为带有弯折角度的圆柱形结构，磁极固定连杆的上部与下部之间的弯折角度为95°-170°。
所述的工件平移定位机构包括纵向移动平台、横向移动平台，纵向移动平台固定在基础上，纵向移动平台上设有横向移动平台；纵向移动平台与横向移动平台结构相同，均包括固定板、移动板，固定板与移动板通过燕尾槽滑动连接，固定板上设有丝母，移动板底部设有与丝母相配合的螺纹，丝母与调节手轮连接，调节手轮带动丝母旋转，驱动移动板在固定板上沿燕尾槽移动；横向移动平台的固定板与纵向移动平台的移动板垂直固定连接。
所述的工件装卡驱动机构包括工件旋转电机、弹性柱销联轴器、减速箱、三爪卡盘、固定底板，工件旋转电机通过弹性柱销联轴器与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴与三爪卡盘连接，工件旋转电机、减速箱通过固定底板固定在工件平移定位机构上。
磁极夹持自旋转机构包括立式钻床、三爪夹头，立式钻床的工作轴底部连接有三爪夹头，三爪夹头夹持磁极固定连杆。
所述的磁极固定连杆为2个以上不同弯折角度的磁极固定连杆；圆柱形轴向永磁极为2个以上磁场强度不同的圆柱形轴向永磁极。
一种抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的方法，包括以下步骤：
1)由三爪卡盘夹持工件，由三爪夹头夹持端面开槽的研磨磁极组，调整工件平移定位机构，使工件与研磨磁极组的磁极固定连杆的上部在同一轴线上，并保持2-3mm的研磨间隙，加入油性研磨液与铁磁性研磨粒子；
2)开启工件旋转电机，工件旋转电机驱动三爪卡盘正向旋转，进而带动工件正向旋转；三爪夹头在立式钻床的驱动下带动研磨磁极组反向旋转，研磨磁级组端部吸附的磁性磨料与工件型腔表面产生相对划擦，由于工件是模具钢制造，工件具有导磁性，工件型腔表面在接触磁性磨料的过程中被微量的磁化，导致接触工件表面的磨料一部分吸附在工件表面，从而增大研磨压力；最后，取下工件，清洗，晾干。
在聚磁头与工件的被加工表面之间加入油性研磨液与粒度为80目以下的铁磁性研磨粒子，然后，工件和研磨磁极组反向旋转，每间隔一段时间向加工区域加注一次油性研磨液；
更换粒度为100目以下的铁磁性研磨粒子，启动立式钻床、工件旋转电机，工件和研磨磁极组反向旋转，每间隔一段时间向加工区域加注一次油性研磨液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用磁力研磨方法对45°分型O形橡胶密封圈模具抛光，尤其是可对其型腔内表面抛光，具有较好的柔性和自适应性，保证了较高的尺寸精度和形状精度。研磨磁极组更换不同强度的圆柱形轴向永磁极可获得不同的抛光压力，更换不同形状的磁极固定连杆可抛光不同尺寸的工件；在聚磁头一端表面开槽，使工件加工区域的磁场形成磁场梯度，在聚磁头的周向磁场强弱变化所产生的磁作用力，增加了磁性磨料跟随磁极组旋转的驱动力；利用磁力研磨的原理，研磨粒子在凹形型腔内如同磁力刷一样对表面进行研磨，研磨粒子与工件表面是柔性接触，不损伤工件的表面形貌，不会改变工件的形状精度；对模具凹形型腔研磨后，粗糙度明显降低，凹形型腔内表面均匀光滑，磁力研磨加工后的凹形型腔表面还有残余压应力，能够提高凹形型腔表面的抗疲劳强度和使用寿命，可以实现传统机械抛光方法难以达到的要求。
工件平移定位机构可实现工件装卡驱动机构精准的定位，进而实现工件的准确定位，利用调节手轮和燕尾槽，使工件与磁极固定连杆的上部处于同一轴线；磁极夹持自旋转机构采用立式钻床的工作结构改造，方便制造，节省了研发时间。
附图说明
图1是抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置的主视图。
图2是抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置的侧视图。
图3是加工区域剖视图。
图4是图3的A部放大图。
图5是研磨磁极组的结构示意图。
图6是工件的轴侧视图。
图7是工件的剖视图。
图8是工件原始表面形貌图。
图9是工件精磨后表面形貌图。
图10是工件超精磨后表面形貌图。
图中：1-锁定螺杆 2-锁定螺母 3-三爪夹头 4-研磨磁极组 5-工件 6-三爪卡盘7-弹性柱销联轴器 8-工件旋转电机 9-横向移动平台 10-升降摇柄一 11-减速箱 12-升降摇柄二 13-横向调节手轮 14-磁极旋转电机 15-变速杆 16-启停按钮 17-纵向调节手轮 18-纵向移动平台 19-立柱 20-磁极固定连杆 21-圆柱形轴向永磁极 22-聚磁头。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
见图1、图2，抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置，包括工件5装卡驱动机构、工件5平移定位机构、研磨磁极组4、磁极夹持自旋转机构；
工件5装卡驱动机构固定在工件5平移定位机构上，工件5平移定位机构驱动工件5装卡驱动机构在水平面上十字移动；研磨磁极组4设置在工件5装卡驱动机构上方，磁极夹持自旋转机构与研磨磁极组4固定连接，并驱动研磨磁极组4旋转，研磨磁极组4对工件5内表面研磨抛光；
见图3-图5，研磨磁极组4包括磁极固定连杆20、圆柱形轴向永磁极21、聚磁头22，圆柱形轴向永磁极21上端通过磁吸引力固定在磁极固定连杆20上，下端通过磁吸引力将聚磁头22固定，所述的磁极固定连杆20为带有弯折角度的圆柱形结构，磁极固定连杆20的上部与下部之间的弯折角度为95°-170°。磁极固定连杆20为2个以上不同弯折角度的磁极固定连杆20；圆柱形轴向永磁极21为2个以上磁场强度不同的圆柱形轴向永磁极21，以方便抛光时更换。在保证加工距离的前提下使工件5与研磨磁极组4在同一旋转轴线上，聚磁头22与工件5型腔之间存在感应磁场，在磁场作用下磨料聚集成具有仿形性的“磁力刷”，在工件5和研磨磁极组4的高速相对转动过程中，“磁力刷”反复划擦工件5表面进行抛光加工。
见图1、图2，工件5平移定位机构包括纵向移动平台18、横向移动平台9，纵向移动平台18固定在基础上，纵向移动平台18上设有横向移动平台9；纵向移动平台18与横向移动平台9结构相同，均包括固定板、移动板，固定板与移动板通过燕尾槽滑动连接，固定板上设有丝母，移动板底部设有与丝母相配合的螺纹，丝母与调节手轮连接，调节手轮带动丝母旋转，驱动移动板在固定板上沿燕尾槽移动；横向移动平台9的固定板与纵向移动平台18的移动板垂直固定连接。纵向移动平台18的固定板固定在基础上，不可随意移动，承受整个装置的重量。
见图1、图2，工件5装卡驱动机构包括工件旋转电机8、弹性柱销联轴器7、减速箱11、三爪卡盘6、固定底板，工件旋转电机8通过弹性柱销联轴器7与减速箱11的输入轴连接，减速箱11的输出轴与三爪卡盘6连接，工件旋转电机8、减速箱11通过固定底板固定在工件5平移定位机构上。
磁极夹持自旋转机构包括立式钻床、三爪夹头3，立式钻床的工作轴底部连接有三爪夹头3，三爪夹头3夹持磁极固定连杆20。可采用立式钻床改造，主要利用磁极旋转电机14(三相异步电动机)、变速杆15、三爪夹头3、升降摇柄一10、锁定螺母2、锁定螺杆1，三爪夹头3用于夹持研磨磁极组4，磁极旋转电机14通过变速箱带动三爪夹头3旋转，通过变速杆15调节其转速。启停按钮16用于控制磁极旋转电机14的启停。齿轮与固定在立式钻床立柱19上的齿条啮合，旋转升降摇柄一10带动与其连接的齿轮，实现调整三爪夹头3高度的目的。在工件5装卡驱动机构上采用相同的传动机构，旋转其上的升降摇柄二12，调整三爪卡盘6的高度。锁定螺母2与固定在三爪夹头3上的锁定螺杆1构成螺纹连接，锁定螺杆1穿过机架上的固定挡板，通过调节锁定螺母2可以锁定三爪夹头3的位置。
工件5装卡驱动机构固定在横向移动平台9上，将工件5夹持在工件5装卡驱动机构上，研磨磁极组4固定在磁极夹持自旋转机构上，通过调整工件5平移定位机构，使工件5与研磨磁极组4在同一轴线上，再调整磁极夹持自旋转机构的上下位置，使研磨磁极组4头部的聚磁头22正对工件5的型腔凹槽内，并保持2-3mm的研磨间隙，使工件5与研磨磁极组4分别以一定速度逆向转动，使聚磁头22吸附的磨料与工件5型腔表面产生相对划擦，从而实现对工件5型腔内表面光整加工。
一种抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的方法，包括以下步骤：
1)由三爪卡盘6夹持工件5，由三爪夹头3夹持端面开槽的研磨磁极组4，调整工件5平移定位机构,使工件5与研磨磁极组4的磁极固定连杆20的上部在同一轴线上，并保持2-3mm的研磨间隙，加入油性研磨液与铁磁性研磨粒子；
2)开启工件旋转电机8(单相变频调速电机)，工件旋转电机8驱动三爪卡盘6正向旋转，进而带动工件5正向旋转；三爪夹头3在立式钻床的驱动下带动研磨磁极组4反向旋转，研磨磁级组端部吸附的磁性磨料与工件5型腔表面产生相对划擦，由于工件5是模具钢制造，工件5具有导磁性，工件5型腔表面在接触磁性磨料的过程中被微量的磁化，导致接触工件5表面的磨料一部分吸附在工件5表面，从而增大研磨压力；最后，取下工件5，清洗，晾干。
抛光过程中，在聚磁头22与工件5的被加工表面之间加入油性研磨液与粒度为80目以下的铁磁性研磨粒子，然后，工件5和研磨磁极组4反向旋转，加工时间为30-50min，每间隔10-15min向加工区域加注一次油性研磨液，此时也可补充加入铁磁性研磨粒子；
更换粒度为100目以下的铁磁性研磨粒子，启动立式钻床、工件旋转电机8，工件5和研磨磁极组4反向旋转，加工时间为30-50min，每间隔10-15min向加工区域加注一次油性研磨液，此时也可补充加入铁磁性研磨粒子。
实施例
磁极旋转电机14功率500W，工件旋转电机8功率400W，圆柱形轴向永磁极21磁感应强度100mT，被抛光下模的材料为Q235，形状如图6、图7所示，抛光加工前用粗超景深3D显微镜测量工件5原始表面形貌，如图8所示。
在抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的下模时：
1)装卡：将下模装卡在工件5装卡驱动机构的三爪卡盘6上，将研磨磁极组4拼装好，夹持在三爪夹头3上，转动工件5平移定位机构的横向调节手轮13和纵向调节手轮17，使下模与研磨磁极组4在同一旋转轴线上；
2)高度调节：缓慢摇动升降摇柄一10，使研磨磁极组4缓慢下降，当研磨磁极组4下降至接近下模上表面时停止，将升降摇柄一10锁定，再缓慢摇动升降摇柄二12，使三爪卡盘6缓慢下降，当研磨间隙(聚磁头22与被加工表面的距离)为2-3mm时停止，通过锁定螺母2将三爪夹头3位置锁定；
3)参数设定：设置磁极旋转电机14正转，转速设置为1000-1500r/min；工件旋转电机8反转，转速设置为300-500r/min；这样抛光时的相对转速等于磁极旋转电机14转速和工件旋转电机8转速之和；
4)精磨：在聚磁头22与下模的被加工表面之间加入油性研磨液与粒度为80目的铁磁性研磨粒子，启动磁极旋转电机14、工件旋转电机8，加工时间为30-40min，每间隔10min向加工区域加注一次油性研磨液，也可同时补充加入铁磁性研磨粒子；此时，下模表面形貌见图9；
5)超精磨：更换粒度为100目的铁磁性研磨粒子，启动磁极旋转电机14、工件旋转电机8，加工时间为30-40min，每间隔10min向加工区域加注一次油性研磨液，也可同时补充加入铁磁性研磨粒子。
由于模具材料是模具钢具有导磁性，下模表面在接触铁磁性研磨粒子的过程中被微量的磁化，导致接触下模表面的铁磁性研磨粒子一部分会吸附在型腔表面，从而增大研磨压力，更换不同形状的磁极固定连杆20可抛光不同尺寸的下模；处于磁场中的铁磁性研磨粒子具有较高的流动性、自锐性和仿形性，对凹形型腔表面抛光具有很好的效果；
6)清洗：将超精磨的下模取下，进行清洗，然后晾干；
7)结果检测：采用超景深3D显微镜检测研磨前后下模表面的形貌变化，见图10。
Claims (2)
1.一种抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置，其特征在于，包括工件装卡驱动机构、工件平移定位机构、研磨磁极组、磁极夹持自旋转机构；
工件装卡驱动机构固定在工件平移定位机构上，工件平移定位机构驱动工件装卡驱动机构在水平面上十字移动；研磨磁极组设置在工件装卡驱动机构上方，磁极夹持自旋转机构与研磨磁极组固定连接，并驱动研磨磁极组旋转，研磨磁极组对工件内表面研磨抛光；
所述的研磨磁极组包括磁极固定连杆、圆柱形轴向永磁极、聚磁头，圆柱形轴向永磁极上端通过磁吸引力固定在磁极固定连杆上，下端通过磁吸引力将聚磁头固定，所述的磁极固定连杆为带有弯折角度的圆柱形结构，磁极固定连杆的上部与下部之间的弯折角度为95°-170°；
所述的工件装卡驱动机构包括工件旋转电机、弹性柱销联轴器、减速箱、三爪卡盘、固定底板，工件旋转电机通过弹性柱销联轴器与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴与三爪卡盘连接，工件旋转电机、减速箱通过固定底板固定在工件平移定位机构上；
磁极夹持自旋转机构包括立式钻床、三爪夹头，立式钻床的工作轴底部连接有三爪夹头，三爪夹头夹持磁极固定连杆；
所述的磁极固定连杆为2个以上不同弯折角度的磁极固定连杆；圆柱形轴向永磁极为2个以上磁场强度不同的圆柱形轴向永磁极；
该装置的使用方法，包括以下步骤：
1)由三爪卡盘夹持工件，由三爪夹头夹持端面开槽的研磨磁极组，调整工件平移定位机构，使工件与研磨磁极组的磁极固定连杆的上部在同一轴线上，并保持2-3mm的研磨间隙，加入油性研磨液与铁磁性研磨粒子；
2)开启工件旋转电机，工件旋转电机驱动三爪卡盘正向旋转，进而带动工件正向旋转；三爪夹头在立式钻床的驱动下带动研磨磁极组反向旋转，研磨磁级组端部吸附的磁性磨料与工件型腔表面产生相对划擦，由于工件是模具钢制造，工件具有导磁性，工件型腔表面在接触磁性磨料的过程中被微量的磁化，导致接触工件表面的磨料一部分吸附在工件表面，从而增大研磨压力；最后，取下工件，清洗，晾干；
在聚磁头与工件的被加工表面之间加入油性研磨液与粒度为80目以下的铁磁性研磨粒子，然后，工件和研磨磁极组反向旋转，每间隔一段时间向加工区域加注一次油性研磨液；
更换粒度为100目以下的铁磁性研磨粒子，启动立式钻床、工件旋转电机，工件和研磨磁极组反向旋转，每间隔一段时间向加工区域加注一次油性研磨液。
2.根据权利要求1所述的一种抛光45°分型O形橡胶密封圈模具的装置，其特征在于，所述的工件平移定位机构包括纵向移动平台、横向移动平台，纵向移动平台固定在基础上，纵向移动平台上设有横向移动平台；纵向移动平台与横向移动平台结构相同，均包括固定板、移动板，固定板与移动板通过燕尾槽滑动连接，固定板上设有丝母，移动板底部设有与丝母相配合的螺纹，丝母与调节手轮连接，调节手轮带动丝母旋转，驱动移动板在固定板上沿燕尾槽移动；横向移动平台的固定板与纵向移动平台的移动板垂直固定连接。
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