CN110157877B - 双驱式孔壁加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于对小孔径的细长孔内表面强化加工的双驱式孔壁加工系统及方法，连杆一下端通过连接在曲轴中部，连杆一上端连接活塞一下端，活塞一上端从活塞缸底部伸进活塞缸，活塞一正上方的活塞缸内部放置带有上下垂直工件孔的工件，工件的正上方是活塞二，活塞二下段伸在密封盖中，活塞二上端通过连接连杆二下端，连杆二上端连接曲轴二中部，供液系统能向活塞缸腔体中注入和排出液体；控制器通过分别控制竖直移动工作台、驱动电机一、驱动电机二和供液系统；通过活塞在密封腔室中的快速往复运动改变待强化孔内液体的体积来改变液体压力，使孔壁发生一定量的塑性变形，进而实现对孔壁的强化，在两活塞的共同作用下，空化效果更好。

Description

双驱式孔壁加工系统及方法

技术领域

本发明属于孔壁加工领域，特别适用于对小孔径的细长孔内表面强化加工技术。

背景技术

机械设备及其零部件趋于微型化，且构件中常伴有各类细长孔，但构件中的细长孔是疲劳的薄弱部位，应力较为集中，这往往导致细长孔周围出现微裂纹甚至断裂的现象，极大地减少了设备的使用寿命。为了降低孔对构件疲劳寿命的影响，通常需要对其进行强化处理，因而亟需能有效对这些具有较大长径比的细长孔壁进行强化处理的技术。

空化强化技术是是一种新型的表面加工技术，该技术利用空泡溃灭所产生的高速水射流反复锤击待强化表面，使其形成一定厚度的形变硬化层，达到强化的目的。中国专利公开号为CN105907942A、名称为“一种水下激光空化强化轴套的装置及其强化方法”的文献中公开的装置，虽然能够对工件内表面进行强化处理，但该装置在运行时其激光加工头必须伸入轴套工件内部，因此该装置难以对内径较小的工件内表面进行强化。

发明内容

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用于细长孔内表面的孔壁加工系统，同时提供该系统的孔壁加工方法，以提高孔壁表层晶粒的细化程度以及组织致密度，达到强化孔壁的作用。

本发明所述的双驱式孔壁加工系统采用的技术方案是：水平布置的曲轴一一端同轴心地固定连接驱动电机一的输出轴，连杆一下端通过连接在曲轴中部，连杆一上端连接活塞一下端，活塞一上端从活塞缸底部伸进活塞缸，活塞一正上方的活塞缸内部放置带有上下垂直工件孔的工件，工件的正上方是活塞二，活塞二下段伸在密封盖中，活塞二上端通过连接连杆二下端，连杆二上端连接曲轴二中部，曲轴二水平设在曲轴箱中，曲轴二一端同轴心地固定连接驱动电机二的输出轴，曲轴箱通过水平的支架连接竖直移动工作台，竖直移动工作台能沿竖直工作台基座上下移动；工件孔、活塞一、活塞缸、密封盖和活塞二具有相同的垂直中心轴线；活塞缸连接供液系统，供液系统能向活塞缸腔体中注入和排出液体；控制器通过分别控制竖直移动工作台、驱动电机一、驱动电机二和供液系统。

所述供液系统包括液池、过滤器、液体泵、单向阀、活塞缸、储液箱、液位传感器和两位两通电磁阀，活塞缸上段侧壁上开有进液口和溢液口，进液口通过管道依次连接单向阀、液体泵、过滤器和液池，溢液口通过管道连接储液箱上部进口，储液箱底部出口通过管道依次连接两位两通电磁阀和液池，储液箱的内壁设有液位传感器；控制器分别连接液体泵、液体泵、两位两通电磁阀和液位传感器。

所述的双驱式孔壁加工系统的加工方法采用的技术方案是包括如下步骤：

步骤A）：密封盖停留在活塞缸5的顶部外面的正上方，控制器控制供液系统向活塞缸中注入液体，液体浸没工件以及工件孔；

步骤B）：控制器控制竖直移动工作台向下移动，带动密封盖向下移动进入活塞缸内紧靠在工件上端面；

步骤C）：当工件孔是通孔时，控制器同时控制驱动电机一和驱动电机二工作，曲轴一以及曲轴二同时旋转，带动活塞一以及活塞二同步相对或者相背地上下往复运动，使通孔壁发生塑性变形。

当工件孔是盲孔时，盲孔的开口端朝放置上，控制器控制驱动电机二工作，驱动电机一不工作，曲轴二带动活塞二上下往复运动，对盲孔进加工。

本发明采用上述技术方案后，具有的有益效果是：

（1）本发明所述的加工系统，通过活塞在密封腔室中的快速往复运动改变待强化孔内液体的体积来改变液体压力，当压力降至该液体饱和蒸汽压以下时，就会出现空泡群，在进一步压缩液体后空泡溃灭，空泡溃灭所产生的高速水射流反复锤击待强化孔壁，使孔壁发生一定量的塑性变形，进而实现对孔壁的强化。本装置在两活塞的共同作用下，空化效果更好。

（2）本发明可强化较大尺寸范围内不同形状的孔，特别适用于细长孔壁强化，且本装置既可强化通孔也可强化盲孔，在待强化孔为通孔的情况下两驱动电机同时通电运转，在盲孔的情况下只需将驱动电机二通电即可。

（3）本发明是利用空化效应对孔壁进行强化，相比于喷丸强化，经过本装置强化的孔壁，能够得到更好的表面质量。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明所述的双驱式孔壁加工系统在运行前的初始结构示意图；

图2为图1所示系统在运行中的示意图；

图3为图1中供液系统结构放大示意图；

图中：1.驱动电机一；2.曲轴一；3.连杆一；4.活塞一；5.活塞缸；6.工件；7.密封盖；8.活塞二；9.连杆二；10.曲轴二；11.驱动电机二；12.曲轴箱；13.支架；14.Z字形压板；15.竖直移动工作台；16.竖直工作台基座；17.水平工作台基座；18.控制器；19.液池；20.过滤器；21.液体泵；22.单向阀；23.进液口；24.溢液口；25.储液箱；26.液位传感器；27.两位两通电磁换向阀；28.密封圈。

具体实施方式

参见图1至图3，本发明提供双驱式孔壁加工系统包括供液系统、空化发生系统、水平工作台基座17、竖直工作台基座16、竖直移动工作台15、支架13、Z字形压板14和控制器18。

所述空化发生系统包括驱动电机一1、曲轴一2、连杆一3、活塞一4、活塞缸5、工件6、密封盖7、活塞二8、连杆二9、曲轴二10、驱动电机二11、曲轴箱12和密封圈28。所述曲轴一2水平布置，轴承连接在水平工作台基座17的下方，曲轴一2的一端同轴心地固定连接驱动电机一1的输出轴，由驱动电机一1带动转动。连杆一3的下端通过销连接在曲轴2中部，连杆一3的上端连接活塞一4下端，活塞一4上端从下向上从活塞缸5底部伸进活塞缸5中，安放在活塞缸5中。活塞一4与活塞缸5的内孔壁之间密封，并且活塞一4上段能在活塞缸5内上下移动。在活塞缸5的缸体内部放置工件6，工件6具有上下垂直的细长工件孔，工件6的高度要小于活塞缸5，使工件6整体位于活塞缸5内部。工件6位于活塞一4的正上方，并且与活塞一4不接触。活塞缸5的缸体固定在水平工作台基座17上。工件6的外径大于活塞一4上端处的外径，活塞一4上端处的外径大于工件孔的外径，因此，活塞缸5的缸体内部设计成台阶孔，工件6下端面与活塞缸5台阶孔接触处嵌有密封圈28保证工件孔加工时的密闭性。

在工件6的正上方是活塞二8，活塞二8的下段伸在密封盖7的腔体中，活塞二8的下段外壁与密封盖7的内孔壁之间密封，并且活塞二8能在密封盖7内上下移动。密封盖7的外径小于活塞缸5上段的内径，等于或稍大于使工件6的外径，密封盖7能伸在活塞缸5中与工件6上端接触。工件6上端面和密封盖7下端面的接触处嵌有密封圈28，保证工件孔加工时的密闭性。

活塞二8的上端通过销连接连杆二9的下端，连杆二9的上端连接曲轴二10的中部。曲轴二10水平安装在曲轴箱12中，其一端同轴心地固定连接驱动电机二11的输出轴，驱动电机二11在曲轴箱12外部，驱动曲轴二10转动。

曲轴箱12的下底部固定连接在水平的支架13上，支架13通过竖直移动工作台15连接竖直工作台基座16，支架13在竖直移动工作台15的带动下能沿竖直工作台基座16上下移动。竖直工作台基座16的底部固定连接水平工作台基座17。

工件6上的工件孔、活塞一4、活塞缸5、密封盖7以及活塞二8具有相同的垂直中心轴线，与水平布置的曲轴一2、曲轴二10的中心轴线相垂直。

在支架13和密封盖7之间安装Z字形压板14，Z字形压板14通过螺栓固定在支架13上。

所述供液系统连接活塞缸5，用于向活塞缸5腔体中注入和排出液体，包括液池19、过滤器20、液体泵21、单向阀22、活塞缸5、储液箱25、液位传感器26和两位两通电磁阀27。在活塞缸5的上段侧壁上开有进液口23和溢液口24，为使放入活塞缸5腔体中的工件孔中充满液体，进液口23高于溢液口24，且两者均高于工件6的上端面。进液口23通过管道依次连接单向阀22、液体泵21、过滤器20和液池19。溢液口24通过管道连接储液箱25上部进口，储液箱25底部出口通过管道依次连接两位两通电磁阀27和液池19，且储液箱25的内壁贴有液位传感器26，用于监测储液箱25中的液面高度。

控制器18控制供液系统、空化发生系统和竖直移动工作台15工作。控制器18通过控制线分别连接并控制竖直移动工作台15、驱动电机一1、驱动电机二11、液体泵21、两位两通电磁阀27；同时控制器18通过信号线连接液位传感器26。

本发明加工系统通过活塞一4和活塞二8的同步往复运动改变工件孔中密封液体体积。当密封液体体积增大时，工件孔内液体的压力降低，待其压力降至该液体饱和蒸汽压以下时发生空化现象；当密封液体体积减小时，工件孔内液体的压力升高，导致空化泡溃灭，空泡溃灭所产生的高速水射流反复锤击待强化工件孔壁，使工件孔壁发生一定量的塑性变形，从而提高孔壁表层晶粒的细化程度以及组织致密度，达到强化的作用。具体工作过程如下：

本发明加工系统在开始工作前的初始状态如图1所示，此时，支架13通过竖直移动工作台15沿竖直工作台基座16向上运动，停留在最上方的极限位置，密封盖7停留在活塞缸5的顶部外面的正上方。将工件6竖直放置在活塞缸5腔体中，控制器18发出电信号打开液体泵21，液体经由液体泵21输送到进液口23进入活塞缸5腔体中，待活塞缸5腔体充满液体后浸没工件6以及工件孔，液体经过溢液口24流入储液箱25中，待储液箱25中的液体液面高于距储液箱25底部30cm时液位传感器26反馈信号致控制器18，控制器18发出信号关闭液体泵21的同时打开两位两通电磁换向阀27，使储液箱25中的液体重新流入液池19中，待储液箱25中的液体排空后再次关闭两位两通电磁换向阀27。

控制器18发出信号使竖直移动工作台15向下移动，使支架13、Z字形压板14、密封盖7向下移动进入活塞缸5内，在活塞缸5内持续加压，待密封盖7紧靠在工件6上端面时，竖直移动工作台15停止向下移动并保持其所在位置，如图2所示。

当工件6带有的工件孔是上下贯通的通孔时，控制器18同时向驱动电机一1和驱动电机二11发出控制信号，由驱动电机一1带动曲轴一2以及由驱动电机二11带动曲轴二10两者同时旋转，相应地带动活塞一4以及活塞二7同步地相对或者相背地上下往复运动；即当活塞一4向上运动时，活塞二7同步地向下运动；当活塞一4向下运动时，活塞二7同步地向上运动；如此改变工件孔中密封液体体积，促使工件孔内液体压力发生变化出现空化现象，以对工件孔壁进行强化。控制器18在设定的工作时间后，发出信号关闭驱动电机一1和驱动电机二11。然后控制器18发出信号使竖直移动工作台15向上移动直至到达其极限位置，最后取出工件6。

当工件孔是盲孔时，放置工件6时，将盲孔的开口端朝上，控制器18只需驱动电机二11工作，而驱动电机一1不工作，曲轴二10带动活塞二7上下往复运动，对盲孔壁进行加工。

Claims (7)

1.一种双驱式孔壁加工系统，其特征是：水平布置的曲轴一（2）一端同轴心地固定连接驱动电机一（1）的输出轴，连杆一（3）下端通过销连接在曲轴一（2）中部，连杆一（3）上端连接活塞一（4）下端，活塞一（4）上端从活塞缸（5）底部伸进活塞缸（5），活塞一（4）正上方的活塞缸（5）内部放置带有上下垂直工件孔的工件（6），工件（6）的正上方是活塞二（8），活塞二（8）下段伸在密封盖（7）中，活塞二（8）上端通过连接连杆二（9）下端，连杆二（9）上端连接曲轴二（10）中部，曲轴二（10）水平设在曲轴箱（12）中，曲轴二（10）一端同轴心地固定连接驱动电机二（11）的输出轴，曲轴箱（12）通过水平的支架（13）连接竖直移动工作台（15），竖直移动工作台（15）能沿竖直工作台基座（16）上下移动；工件孔、活塞一（4）、活塞缸（5）、密封盖（7）和活塞二（8）具有相同的垂直中心轴线，活塞一（4）上端处的外径大于工件孔的外径，活塞二（8）上端处的外径大于工件孔的外径；活塞缸（5）连接供液系统，供液系统能向活塞缸（5）腔体中注入和排出液体；控制器（18）通过分别控制竖直移动工作台（15）、驱动电机一（1）、驱动电机二（11）和供液系统。

2.根据权利要求1所述的双驱式孔壁加工系统，其特征是：所述供液系统包括液池（19）、过滤器（20）、液体泵（21）、单向阀（22）、活塞缸（5）、储液箱（25）、液位传感器（26）和两位两通电磁阀（27），活塞缸（5）上段侧壁上开有进液口（23）和溢液口（24），进液口（23）通过管道依次连接单向阀（22）、液体泵（21）、过滤器（20）和液池（19），溢液口（24）通过管道连接储液箱（25）上部进口，储液箱（25）底部出口通过管道依次连接两位两通电磁阀（27）和液池（19），储液箱（25）的内壁设有液位传感器（26）；控制器（18）分别连接液体泵（21）、液体泵（21）、两位两通电磁阀（27）和液位传感器（26）。

3.根据权利要求2所述的双驱式孔壁加工系统，其特征是：进液口（23）的高度高于溢液口（24），且两者均高于工件（6）的上端面。

4.根据权利要求1所述的双驱式孔壁加工系统，其特征是：工件（6）整体位于活塞缸（5）内部且与活塞一（4）不接触，工件（6）的外径大于活塞一（4）上端处的外径；密封盖（7）的外径小于活塞缸（5）上段的内径，等于或大于工件（6）的外径。

5.根据权利要求1所述的双驱式孔壁加工系统，其特征是：工件（6）下端面与活塞缸（5）接触处嵌有密封圈，工件（6）上端面和密封盖（7）下端面嵌有密封圈。

6.一种如权利要求1所述的双驱式孔壁加工系统的加工方法，其特征是包括如下步骤：

步骤A）：密封盖（7）停留在活塞缸（5）的顶部外面的正上方，控制器（18）控制供液系统向活塞缸（5）中注入液体，液体浸没工件（6）以及工件孔；

步骤B）：控制器（18）控制竖直移动工作台（15）向下移动，带动密封盖（7）向下移动进入活塞缸（5）内紧靠在工件（6）上端面；

步骤C）：当工件孔是通孔时，控制器（18）同时控制驱动电机一（1）和驱动电机二（11）工作，曲轴一（2）以及曲轴二（10）同时旋转，带动活塞一（4）以及活塞二（7）同步相对或者相背地上下往复运动，使通孔壁发生塑性变形。

7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征是：步骤C），当工件孔是盲孔时，盲孔的开口端朝放置上，控制器（18）控制驱动电机二（11）工作，驱动电机一（1）不工作，曲轴二（10）带动活塞二（7）上下往复运动，对盲孔进加工。

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