CN110116363B - 一种微孔表面强化抛光装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微孔表面强化抛光装置及方法，该装置包括第一工作台、设于第一工作台上用于加紧工件的夹紧装置、与工件的微孔对接连通的开口向下的筒体、将筒体分隔成上下腔的挡块、筒体上腔侧壁上设有用于通气的第一通孔、筒体下腔侧壁上设有用于输送液体的第二通孔、穿过筒体与挡块连接用于带动挡块在筒体内上下运动的动力装置。本发明还公开了利用上述微孔表面强化抛光装置的方法。本发明的装置，能够不受微孔孔径大小、孔深及形状的影响，使强化抛光的适用范围更广、效果更好，且无需利用激光等耗能产品，节能绿色环保，利用上述微孔表面强化抛光装置的方法操作简便，适宜推广应用。

Description

一种微孔表面强化抛光装置及方法
技术领域
本发明涉及一种表面强化抛光装置及方法，尤其涉及一种微孔表面强化抛光装置及方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，对各种微孔的加工质量要求越来越高，这些微孔不仅是各种元器件的应力集中部位、疲劳的薄弱部位，而且也常常带有毛刺，这极大地影响了各类元器件的使用寿命，甚至直接影响着整个系统的运行状况。
微孔根据形态分类可以是细长孔、盲孔、阶梯孔以及变径孔等，其内表面强化及抛光已成为严重制约各类元器件质量的重要因素之一。采用传统机械喷丸式的表面强化与抛光方法不仅难以适应元器件微深孔内表面处理，而且更难以适应元件的多种内孔表面。
现有的抛光方法，主要是利用液体对微孔壁的冲刷力来实现抛光的效果，以及采用不同的动力源产生不同的推力作用于液体，进而使液体冲刷微孔壁。例如公开号为CN104440584A的专利公开了一种磨粒流微孔抛光装置，利用激光聚焦对去离子水形成空化，形成局部压力冲击间隔器件，将磨粒液体推送到微孔中，摩擦微孔孔壁实现对微孔抛光。与传统利用液压推动力相比，该方法使用的激光产生的推动力，虽然可以增大对微孔的摩擦力，但激光产生的推力仍然需要借助于间隔件将推力传送至磨粒液体，进而冲刷微孔壁，力在传播的过程中必然有能量的损失，使预期的推力大打折扣，而且激光耗费能源，不利于环保。更重要的是，即使冲击力强的液体对于微孔壁的摩擦力仍然是有限的，因此，对于更小孔径、形状更复杂的微孔的抛光仍然是一个难题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种对微孔壁的冲击力强并且节能环保的微孔表面强化抛光装置及方法。
技术方案：本发明的微孔表面强化抛光装置，包括第一工作台、设于第一工作台上用于加紧工件的夹紧装置、与工件的微孔对接连通的开口向下的筒体、将筒体分隔成上下腔的挡块、筒体上腔侧壁上设有用于通气的第一通孔、筒体下腔侧壁上设有用于输送液体的第二通孔、穿过筒体与挡块连接用于带动挡块在筒体内上下运动的动力装置。
优选地，所述筒体为活塞缸，所述挡块为设于活塞缸内的活塞。
优选地，所述动力装置包括与挡块通过连杆连接的曲轴，与曲轴连接用于控制曲轴转动并带动挡块上下运动的电动机。
为了便于工件的取放，本发明的装置还包括与筒体连接用于控制筒体上下运动的调节装置，便于工件的取放。
优选地，所述调节装置包括设于第一工作台两侧的导向装置，设于导向装置内部滑槽上可上下滑动的滑块，通过活塞杆与滑块上端连接的液压缸，依次通过电磁阀、单向阀与液压缸的上下腔分别相通的液压源、油箱。
优选地，通过管路将液体输送至第二通孔，所述管路上设有压力表。
为了增加筒体与工件的微孔之间形成密闭空间的密闭效果，在所述筒体与工件的微孔之间设置密封圈。
为了便于同时对多个工件的微孔进行强化抛光，所述夹紧装置、筒体及内部的挡块为多个，动力装置带动多个筒体内的挡块实现上下运动。
优选地，夹紧装置的数量与上述筒体数量相同或者具有与上述筒体对应数量的夹位。
本发明还公开了一种利用上述微孔表面强化抛光装置的方法，包括以下步骤：
(S1)将工件用夹紧装置夹紧使工件的微孔对准筒体下部开口，将筒体下移使筒体下部开口与工件的微孔对接，形成连通的密闭空间；
(S2)通过筒体下腔侧壁上的第二通孔向微孔与筒体下腔之间形成的空间内充满液体；
(S3)启动动力装置，带动挡块在筒体内上下运动，改变充满液体的密闭空间体积，使液体间歇性的产生气穴并溃灭；
(S4)关闭动力装置，将工件取下，强化抛光结束。
工作原理：工作时，液体充入筒体与微孔形成的密闭空间内，筒体内的挡块在动力装置的作用下在筒体内上下运动，使密闭空间内的体积增大、减小，而密闭体积减小会使被困液体受挤而产生高压；密闭体积增大又会造成液体内局部真空，使液体产生气穴，当密闭体积再次减小，气穴溃灭，产生的强大冲击力作用于微孔内壁，利用气穴空化溃灭的能量及液体内的微粒对微孔表面进行强化和抛光。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)不受微孔孔径大小、孔深及形状的影响，液体内产生的气穴溃灭后形成的强大能量对液体存在的空间均能产生强大的冲击力，使本发明装置及强化抛光的方法适用范围更广、效果更好；(2)直接在微孔内部形成较强的冲击力，与传统方法首先在微孔外部形成推力进而把推力传递到微孔内部相比，避免了中间的能量传输损耗，能量的利用率更高；(3)无需利用激光等耗能产品，节能绿色环保。
附图说明
图1为本发明的微孔表面强化抛光装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，其中，1-第一工作台，2-活塞缸，3-活塞，4-第二工作台，5-第一导向装置，6-连杆，7-曲轴，8-第一滑块，9-电动机，10-第一液压缸，11-第一压力表，12-第二液压缸，13-双向液控单向阀，14-第二滑块，15-第二导向装置，16-三位四通电磁阀，17-第一油箱，18-液压源，19-第二压力表，20-单向阀，21- 液压泵，22-第二油箱，23-溢流阀，24-废液回收箱，25-第一截止阀，26-第二截止阀，27-第三截止阀，28-第一密封圈，29-工件，30-第二密封圈，31-垫块，32- 夹紧装置。本发明的微孔表面强化抛光装置，包括第一工作台1；设于第一工作台1上用于定位加紧工件29的夹紧装置32；与工件29的微孔对接连通的开口向下的活塞缸2，设于活塞缸2上腔侧壁上的第一通孔(图中未标出)，设于活塞缸2 下腔侧壁上的第二通孔(图中未标出)，所述第二通孔连接输送液体的管道；设于活塞缸2内的活塞3；为了便于同时对多个工件的微孔进行强化抛光，本发明的夹紧装置32、活塞缸2、设于活塞缸2内的活塞3分别为三个，也可以根据需要对个数进行设置；所述活塞缸2及活塞3可以是其他筒体及挡块，只要能与工件29 的微孔形成密闭空间以及可活动的将该空间分隔成上下两部分即可。
本发明的动力装置包括与活塞3通过连杆6连接的曲轴7，与曲轴7连接用于控制曲轴7转动并带动活塞3上下运动的电动机9；本发明的曲轴7为三曲轴，曲轴可以根据筒体的数量来设置，只要能在电动机的作用下带动所有筒体内的挡块实现上下运动即可；动力装置还可以是与筒体通过活塞杆连接的液压缸、依次通过电磁阀、单向阀与液压缸的上下腔分别相通的液压源、油箱，利用液压源的进油、回油，通过活塞杆带动挡块上下运动，动力装置只要能使筒体内的挡块实现上下运动即可。
为了便于工件29的取放，本发明装置还包括设于第一工作台1两侧的第一导向装置5、第二导向装置15，可活动套于第一导向装置5、第二导向装置15 上的第一滑块8和第二滑块14；曲轴7穿过第一滑块8和第二滑块14轴孔并和电动机9连接；两端分别与第一滑块8和第二滑块14连接的第二工作台4，所述活塞缸2通过螺栓和螺母连接在第二工作台4上并可随第二工作台4上下移动；第一滑块8和第二滑块14上部通过活塞杆与第一液压缸10和第二液压缸 12连接，在第一液压缸10和第二液压缸12的作用下，第一滑块8和第二滑块14在第一导向装置5和第二导向装置15上下移动，带动第二工作台4上下移动，使活塞缸2与工件29的微孔接触面压紧或分开，优选地在活塞缸2开口下端面设置第一密封圈28，若微孔为通孔，那么在微孔与第一工作台1接触面上设置垫块31，使通孔底部密封，优选地在垫块31上端面设置第二密封密圈30，当活塞缸2与工件29的微孔接触面压紧时，能够使活塞缸2及工件29的微孔之间形成密闭空间的密闭效果更好。
液压源18依次与三位四通电磁阀16、双向液控单向阀13连接，液压源18 通过三位四通电磁阀16、双向液控单向阀13与第一液压缸10和第二液压缸12 的上下腔分别相通，三位四通电磁阀16通过控制双向液控单向阀13控制第一液压缸10及第二液压缸12内活塞杆的伸缩；第一液压缸10和第二液压缸12的上腔进液管路上设有第一压力表11，用于检测液压缸上腔压力，以确定活塞缸2 是否压紧工件29；第一液压缸10和第二液压缸12的回油通过双向液控单向阀 13、三位四通电磁阀16回到第一油箱17。
液压泵21通过管路和第二油箱22相连，液压泵21的出口通过管路和单向阀20，第二压力表19、第一截止阀25、第二截止阀26、第三截止阀27，分别和三个活塞缸2下腔及工件29的微孔形成的密闭空间相通；溢流阀23的进口和液压泵21的出口相连，溢流阀23的出口和第二油箱22相连，用于控制液压泵 21的出口压力；第二压力表19设置在进液管上，用于检测管内压力，识别活塞缸2下腔与工件29的微孔形成的密闭空间内是否充满液体。
第二油箱22储存有油与纳米胶体的混合液，用于对工件29微孔表面进行强化抛光。输送到筒体下腔与工件29的微孔形成的密闭空间内的液体还可以是油与微粒的混合液。
本发明公开了利用上述装置进行微孔表面强化抛光的方法，包括以下步骤：
(1)准备工作：通过三位四通电磁阀16控制双向液控单向阀13，给第一液压缸10和第二液压缸12下腔进油、上腔回油，液压缸活塞杆缩回，通过第一滑块8和第二滑块14带动曲轴7和第二工作台4及其上的活塞缸2上移，为装载工件29做准备。将待加工的工件29放在垫块31上，通过夹紧装置32定位夹紧。如果工件29的微孔是盲孔，则不需要放垫块31。工件29夹紧后，通过三位四通电磁阀16控制双向液控单向阀13，给第一液压缸10和第二液压缸12上腔进油、下腔回油，第一液压缸10和第二液压缸12活塞杆伸出，通过第一滑块 8和第二滑块14带动第二工作台4下移，第二工作台4上的活塞缸2压紧在工件29上端，通过第一密封圈28和第二密封圈30在工件29和活塞缸2之间形成密闭腔。通过第一压力表11检测液压缸上腔压力，当液压缸上腔压力达到一定值后，给三位四通电磁阀16断电，停止给第一液压缸10和第二液压缸12上腔供液，双向液控单向阀13关闭，对第一液压缸10和第二液压缸12进行锁紧。将活塞3下移，使活塞3与活塞缸2上端面之间留有供活塞3上下运动的空隙。
(2)注液过程：打开第一截止阀25、第二截止阀26和第三截止阀27，启动液压泵21，通过溢流阀23控制液压泵21的出口压力。第二油箱22中均匀混合的油液与纳米胶体混合液通过液压泵21、单向阀20、第一截止阀25、第二截止阀26和第三截止阀27送到工件29与活塞缸2下腔形成的密闭空间内。观察压力表19的读数，当压力达到一定值后，关闭第一截止阀25、第二截止阀26 和第三截止阀27，关停液压泵21，注液过程结束。
(3)强化抛光过程：启动电动机9，通过曲轴7转动带动连杆6，使活塞3 在活塞缸2内往复运动，使工件29和活塞缸2下腔形成的密闭体积发生周期性的变化。活塞缸2上腔侧壁上的第一通孔与外界通气。在密封混有纳米微粒油液的体积增大时，促使密封混有纳米微粒油液产生空化现象；在密封混有纳米微粒油液的体积减少时，其内部空泡溃灭，形成液压困油现象和液压气蚀现象，利用其空化溃灭能量及纳米微粒对其内孔表面进行强化和超细抛光，获得高表面质量的产品。
(4)强化抛光后处理：强化抛光过程结束后，关停电动机9，打开第一截止阀25、第二截止阀26和第三截止阀27，通过三位四通电磁阀16控制给第一液压缸10和第二液压缸12下腔进油、上腔回油，液压缸活塞杆缩回，通过第一滑块8和第二滑块14带动第二工作台4上移，活塞缸2与工件29分开，松开工件夹紧装置32，取下工件29，准备开始下一工作循环。在工作过程中产生的废液通过废液回收箱24回收。

Claims (5)

1.一种微孔表面强化抛光装置，包括第一工作台(1)、设于第一工作台(1)上用于定位夹紧工件(29)的夹紧装置(32)，其特征在于，还包括与工件(29)的微孔对接连通的开口向下的筒体、将筒体分隔成上下腔的挡块、筒体上腔侧壁上设有用于通气的第一通孔、筒体下腔侧壁上设有用于输送液体的第二通孔、穿过筒体与挡块连接用于带动挡块在筒体内上下运动的动力装置；还包括与筒体连接用于控制筒体上下运动的调节装置；所述调节装置包括设于第一工作台(1)两侧的导向装置，设于导向装置内部滑槽上可上下滑动的滑块，与滑块上端通过液压缸内的活塞杆连接的液压缸；所述筒体为活塞缸(2)，所述挡块为设于活塞缸(2)内的活塞(3)；所述动力装置包括与挡块通过连杆(6)连接的曲轴(7)，与曲轴(7)连接用于控制曲轴(7)转动并带动挡块上下运动的电动机(9)；
所述夹紧装置、活塞缸、设于活塞缸内的活塞分别为三个；
所述曲轴为三曲轴，所述三曲轴的高度依次下降，所述挡块在筒体内的高度依次下降。
2.根据权利要求1所述的微孔表面强化抛光装置，其特征在于，所述调节装置包括依次通过电磁阀、单向阀与液压缸的上下腔分别相通的液压源、油箱。
3.根据权利要求1所述的微孔表面强化抛光装置，其特征在于，通过管路将液体输送至第二通孔，所述管路上设有压力表。
4.根据权利要求1所述的微孔表面强化抛光装置，其特征在于，在所述筒体的下部开口与工件(29)的微孔之间对接的位置设置密封圈。
5.一种利用权利要求1所述微孔表面强化抛光装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)将工件(29)用夹紧装置(32)夹紧使工件(29)的微孔对准筒体下部开口，将筒体下移使筒体下部开口与工件(29)的微孔对接，形成连通的密闭空间；
(S2)通过筒体下腔侧壁上的第二通孔向微孔与筒体下腔之间形成的密闭空间内充满液体；
(S3)启动动力装置，带动挡块在筒体内上下运动，改变充满液体的密闭空间体积，使液体间歇性的产生气穴并溃灭；
(S4)关闭动力装置，将工件(29)取下，强化抛光结束。
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