CN110106332A - 一种摆动容积交变微孔内表面强化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种对微型孔的内表面进行强化加工的摆动容积交变式微孔内表面强化装置，底座的上表面是凹球面，缸体的底部缸底的下表面是凸球面，底座的上表面是凹球面，凹球面与凸球面的球心重合，凹球面与凸球面之间布置多个与缸底固定连接的滚珠，在缸体的内部底壁上竖直置放工件，工件中间开有竖直的微孔中注满液体，件的正上方连接顶盖，顶盖的中心通孔中设有活塞，活塞正中间固定连接竖直的连接杆下端，连接杆上端向上伸出顶盖上方且固定套在水平布置的摆动轴上，摆动轴由摆动马达驱动来回转动，摆动轴的中心在所述球心的正上方，与球心之间具有偏心距；采用摆动式容积交变产生空化，对微孔内表面进行强化处理。

Description

一种摆动容积交变微孔内表面强化装置
技术领域
本发明属于表面机械加工领域，具体是一种对微型孔的内表面进行强化加工的装置。
背景技术
目前，机械零部件的加工趋向于微型化、高精度化，尤其是在航空航天等领域，对微孔内表面的质量要求越来越高，因此微孔的加工以及孔内表面的强化受到关注。孔内表面的传统强化技术主要有机械强化喷丸和冷挤压强化，机械喷丸的方法是通过弹丸与孔内表面发生碰撞，使孔内表面产生残余应力，从而对孔内表面起到强化作用，增加孔的寿命。冷挤压强化的原理是用一个比待强化孔径略大的芯棒采用强行挤压的方式通过孔径，通过挤压力使孔内表面产生残余应力，由于弹丸和芯棒的限制，无法加工小直径的微型孔，并且对孔内表面的强化效果不均匀。
中国专利公开号为CN105463162A的文献中公开一种金属结构件孔内表面电液强化装置，根据电液效应，利用与高压脉冲电源相连接的电极对在末端放电，或利用与电极对相连接的桥丝在放电过程中产生的瞬间大电流的高温放电通道，放电通道周围液体汽化迅速膨胀，在液体介质中产生强大的冲击波和高速水流动压，作用在待强化孔内壁，使孔内壁发生一定量的塑性变形，从而在孔的内表面引入残余压应力而实现强化效果。但这种强化方法只能应用于金属结构件，并且耗能大、有污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种浸没式摆动容积交变微孔内表面强化装置，利用容积交变产生空化对微内孔进行强化，解决传统强化工艺残余应力分布不均匀、无法加工微小孔等问题，并且对各种工件材料都可以进行加工。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：最底部是底座，底座的上表面是凹球面，底座的正上方是缸体，缸体的底部是缸底，缸底的下表面是凸球面，底座的上表面是凹球面，所述凹球面与所述凸球面的球心O2重合，所述凹球面与所述凸球面之间布置多个与缸底固定连接的滚珠；在缸体的内部底壁上竖直置放工件，工件中间开有竖直的微孔，微孔中注满液体；工件的正上方连接顶盖，顶盖开有的中心通孔与微孔相通；顶盖的中心通孔中设有活塞，活塞正中间固定连接竖直的连接杆下端，连接杆上端向上伸出顶盖上方且固定套在水平布置的摆动轴上，摆动轴由摆动马达驱动来回转动；由微孔和活塞下方的顶盖中心通孔形成密闭腔室；所述摆动轴的中心O1在所述球心O2的正上方，与球心O2之间具有偏心距。
所述的连接杆、活塞、顶盖、工件、微孔、缸体、底座的凹球面以及缸底的凸球面具有相同的竖直的中心轴，摆动轴的中心O1以及球心O2均在该竖直的中心轴上。
本发明采用上述技术方案后，具有以下有益效果：
1、本发明利用密闭容积的交变使容积内的液体压力发生变化，当液体压力低于饱和蒸气压时，液体内部产生空化气泡，气泡溃灭过程中会对外部产生冲击力，使孔内表面产生残余应力，提高孔内表面的质量和使用寿命。
2、采用摆动式容积交变产生空化，对微孔内表面进行强化处理，装置简单，方便操作。对于直径小的细长孔，经空化强化处理后，孔内表面产生残余应力，提高了孔的疲劳寿命，与一般的强化处理相比，本发明对孔的强化更加均匀，效果更好，实现较好的表面质量，加工过程环保没有污染。
3、本发明不受工件材料的限制，可以强化各种材料、各种形状的微型孔。
附图说明
图1为本发明所述的一种摆动容积交变微孔内表面强化装置的结构图；
图中：1：缸底；2：三爪卡盘；3：密封圈；4：顶盖；5：活塞；6：连接杆；7：摆动马达；8：排气孔；9：进水口；10：水泵；11：蓄水池；12：工件；13：垫片；14：滚珠；15：底座；16：缸体；17：摆动轴：18微孔。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种浸没式摆动容积交变微孔内表面强化装置，最底部是底座15，底座15的正上方是缸体16，缸体16的底部是缸底1，缸底1呈球冠体形状，球冠体形状的下表面是凸球面，底座15的上表面是凹球面，底座15的凹球面与缸底1的凸球面的球心重合，都是球心O2。在底座15的凹球面与缸底1的凸球面之间布置多个滚珠14，滚珠14与缸底1的凸球面固定连接在一起，均匀分布在凸球面上。当缸体16象钟摆一样来回摆动时，带动滚珠14在底座15的凹球面上滚动，使缸体16与底座15之间有相互运动。
在缸体16的内部底壁上竖直置放工件12，工件12中间开有竖直的微孔18，微孔18中注满了液体。工件12的正上方连接顶盖4，顶盖4开有中心通孔，顶盖4的中心通孔与微孔18相通，并且顶盖4的中心通孔内径大于微孔18的内径。
顶盖4的中心通孔中设有活塞5，活塞5与顶盖4的中心通孔密封且活动连接，活塞5能沿顶盖4的中心通孔的侧壁上下运动。这样，由活塞5底壁、顶盖4顶盖4的中心通孔的侧壁、工件12、缸体16内部底壁围成一个密闭腔室，该密闭腔室由微孔18和活塞5下方的顶盖4中心通孔组成。
活塞5正中间固定连接连接杆6的下端，连接杆6竖直布置，连接杆6的上端向上伸出顶盖4上方，并且固定套在水平布置的摆动轴17上。在静止状态时，摆动轴17的中心轴与连接杆6的中心轴垂直。
摆动轴17通过摆动杆连接摆动马达7，由摆动马达7驱动摆动轴17沿顺时针和逆时针来回转动，从而带动连接杆6来回往复摆动。
在缸体16的内部，缸体16的内部底壁上固定一个三爪卡盘2，工件12下段通过该三爪卡盘2固定连接在缸体16的内部底壁上，在三爪卡盘2下方垫有垫片13，在工件12下端和缸体16的内部底壁之间用密封圈3密封。工件12上段通过另一个三爪卡盘2固定连接在顶盖4底部，该另一个三爪卡盘2固定在顶盖4底部，在顶盖4和工件12的连接处也用密封圈密封，以保证密闭腔室的密闭性。这样，使连接杆6、顶盖4、工件12、缸体16连接成一个整体。
连接杆6、活塞5、顶盖4、工件12、微孔18、缸体16、底座15的凹球面、以及缸底1的凸球面具有相同的竖直的中心轴，摆动轴17的中心O1以及球心O2均在该竖直的中心轴上。摆动轴17的中心O1在球心O2的正上方，与球心O2之间具有偏心距H，但球心O2位于顶盖4的正上方。这样，由于偏心距H的存在，在缸体16来回摆动时，活塞5相对顶盖4做上下往复运动，活塞5与工件12之间的距离会发生变化，造成密闭腔室的容积发生变化。容积发生变化时，容积内的液体压强会发生变化，当液体压强低于饱和蒸气压时，液体会产生空化，从而对微孔18的内表面进行空化强化。
在顶盖4上端设置一个排气孔8，排气孔8在活塞5的上方。在活塞5运动过程中便于顶盖4内的气体的排出。
所述缸体16上端设置进水口9，进水口9通过管道连接蓄水池11，在管道上安装水泵10，由水泵10将蓄水池11中的水泵入缸体16内部。
本发明装置工作时，首先将工件12放在缸体16中，用固定在缸体16上的三爪卡盘2夹紧。然后打开水泵10，将蓄水池11中的水传输进缸体16，直到浸没工件12后关闭水泵10。顶盖4下降压住工件12，夹紧固定在顶盖4上的三爪卡盘2，使顶盖4固定。启动摆动马达7，使其通过摆动轴17和连接杆6带动缸体16、滚珠14在底座15上来回摆动，即钟摆式来回运动。在摆动过程中，由缸体16、工件12、顶盖4和活塞5构成的密闭腔室的容积发生变化，密闭腔室的容积内的液体的压力发生变化，当液体压力低于饱和蒸气压时，液体产生空化，对微孔18的内表面进行强化。当工件12加工完成后，关闭摆动马达17，松开两个三爪卡盘2，取出工件12即可。

Claims (7)

1.一种摆动容积交变式微孔内表面强化装置，最底部是底座（15），其特征是：底座（15）的上表面是凹球面，底座（15）的正上方是缸体（16），缸体（16）的底部是缸底（1），缸底（1）的下表面是凸球面，底座（15）的上表面是凹球面，所述凹球面与所述凸球面的球心O2重合，所述凹球面与所述凸球面之间布置多个与缸底（1）固定连接的滚珠（14）；在缸体（16）的内部底壁上竖直置放工件（12），工件（12）中间开有竖直的微孔（18），微孔（18）中注满液体；工件（12）的正上方连接顶盖（4），顶盖（4）开有的中心通孔与微孔（18）相通；顶盖（4）的中心通孔中设有活塞（5），活塞（5）正中间固定连接竖直的连接杆（6）下端，连接杆（6）上端向上伸出顶盖（4）上方且固定套在水平布置的摆动轴（17）上，摆动轴（17）由摆动马达（7）驱动来回转动；由微孔（18）和活塞（5）下方的顶盖（4）中心通孔形成密闭腔室；所述摆动轴（17）的中心O1在所述球心O2的正上方，与球心O2之间具有偏心距。
2.根据权利要求1所述的一种摆动容积交变式微孔内表面强化装置，其特征是：连接杆（6）、活塞（5）、顶盖（4）、工件（12）、微孔（18）、缸体（16）、底座（15）的凹球面以及缸底（1）的凸球面具有相同的竖直的中心轴，摆动轴（17）的中心O1以及球心O2均在该竖直的中心轴上。
3.根据权利要求2所述的一种摆动容积交变式微孔内表面强化装置，其特征是： 所述的球心O2位于顶盖（4）的正上方。
4.根据权利要求1所述的一种摆动容积交变式微孔内表面强化装置，其特征是：顶盖（4）开有的中心通孔的内径大于微孔（18）的内径。
5.根据权利要求1所述的一种摆动容积交变式微孔内表面强化装置，其特征是：缸体（16）的内部底壁上、顶盖（4）的底部各固定连接一个能固定工件（12）的三爪卡盘（2）。
6.根据权利要求1所述的一种摆动容积交变式微孔内表面强化装置，其特征是：顶盖（4）上端设置一个排气孔（8），排气孔（8）在活塞（5）的上方。
7.根据权利要求1所述的一种摆动容积交变式微孔内表面强化装置，其特征是：所述的缸体（16）上端设置进水口（9），进水口（9）通过管道连接蓄水池（11），管道上装有水泵（10）。
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