CN110157878A - 一种气动双工位内孔空化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气动双工位内孔空化系统及方法，驱动缸内部用中间隔板隔成相同且不连通的左腔室和右腔室，两个活塞的中心处固定一根水平的活塞杆，驱动缸的左右端面的正中间各开有通孔，驱动缸的左侧依次是中心轴水平布置的一号工件和左夹紧卡盘、右侧依次是中心轴水平布置的二号工件和右夹紧卡盘，活塞杆的最左端固定连接左薄膜、最右端固定连接右薄膜，箱体的左侧壁上固定连接水平布置的左夹紧气缸、右侧壁上固定连接水平布置的右夹紧气缸；对称地设置了两个工位，并对称地设置了驱动工作腔，在一驱动工作腔进气时，另一驱动工作腔随活塞的运动而排气，不需要设置复位弹簧，结构简单紧凑，结合双工位使得强化工作更加高效。

Description

一种气动双工位内孔空化系统及方法

技术领域

本发明涉及零件表面强化领域，尤其涉及对微孔的内表面进行空化强化的系统及方法。

背景技术

零件的加工正趋向微型化、精密化，这不仅缩小了机器的尺寸而且提高了机器的运行精度。与此同时，微小型零件的表面强化处理也变成了一个新兴的研究方向。传统的机械喷丸强化工件表面的方式，需要提供大量的喷丸和足够的空间，难以适用于目前精密机械的微小型零件；冷挤压内孔表面的方式能加工的内孔孔径较大，且需要根据内孔尺寸设计相应的模具，工序较为繁琐；新型的激光喷丸强化工件表面的方式可适用于微型零件的外表面，然而对于复杂微孔内表面的强化，激光喷丸方法所受的约束也比较多。

中国专利公开号为CN101126117A的文献中提供了一种针对孔结构的激光强化处理方法，其在激光冲击强化之前将芯棒或衬套放置于孔内且与处理孔的端面保持平齐，在完成强化后去除芯棒或者衬套；该方法的特点是先开孔后强化，加入芯棒或者是衬套是为了保证孔口位置激光冲击强化后不变形，保证强化后孔口的质量，但是该方法的缺点是：芯棒或者衬套很可能在激光冲击强化后很难从小孔中取出或者是无法取出，而且也很容易损坏被加工孔。中国专利公开号为CN102205488A的文献中提供了一种开缝衬套冷挤压加工孔的办法，其方法是将开缝衬套装于一根具有过盈量的锥形挤压棒上，挤压芯棒使其完全通过零件内孔，该过程中的挤压棒的力将会通过开缝衬套均匀传递到零件的内孔壁上，使内孔的周围产生残余压应力，但是在加工过程中挤压棒极易断裂。

发明内容

为了克服目前微孔内表面强化加工的问题，本发明提出了一种气动双工位内孔空化系统及其空化方法，采用压缩空气作为动力源，清洁环保；使用双工位的布置方式，工作高效；采用普通的自来水作为工作介质，简单易得；而且尤其适用于小型零件微孔内表面的空化强化加工。

为实现上述目的，本发明所述的一种气动双工位内孔空化系统采用的技术方案如下：其具有一个充满水的箱体，箱体内部中间是一个左右水平布置的驱动缸，驱动缸内部用中间隔板隔成相同且不连通的左腔室和右腔室，左腔室中设置左活塞、右腔室中设置右活塞，两个活塞的中心处固定一根水平的活塞杆，驱动缸的左右端面的正中间各开有通孔，驱动缸的左侧依次是中心轴水平布置的一号工件和左夹紧卡盘、右侧依次是中心轴水平布置的二号工件和右夹紧卡盘，一号工件和二号工件的中心均开有左右贯通的内孔，活塞杆的最左端固定连接左薄膜、最右端固定连接右薄膜，左薄膜密封连接于驱动缸左端面的通孔和一号工件的内孔，右薄膜密封连接于驱动缸右端面的通孔和二号工件的内孔；一号工件的左端固定连接左夹紧卡盘，二号工件的右端固定连接右夹紧卡盘，箱体的左侧壁上固定连接水平布置的左夹紧气缸、右侧壁上固定连接水平布置的右夹紧气缸，左夹紧气缸能推动左夹紧卡盘左右移动，右夹紧气缸能推动右夹紧卡盘左右移动；左夹紧气缸通过管道连接左两位四通电磁换向阀，右夹紧气缸通过管道连接右两位四通电磁换向阀，驱动缸在中间隔板和左活塞之间的侧壁上开有左气孔、在中间隔板和右活塞之间的侧壁上开有右气孔，左气孔和右气孔通过管道连接两位五通电磁换向阀，所述的两位五通换向阀、左两位四通电磁换向阀、右两位四通电磁换向阀分别经各自的管道连接单作用气泵且分别经各自的控制线连接控制器，控制器经控制线连接单作用气泵。

所述的一种气动双工位内孔空化系统的空化方法采用的技术方案是包括以下步骤：

步骤A：控制器控制单作用气泵工作、左两位四通电磁换向阀的阀芯移动至左位、右两位四通电磁换向阀的阀芯移至右位，左夹紧气缸推动左夹紧卡盘向右运动夹紧一号工件，右夹紧气缸推动右夹紧卡盘向左运动夹紧二号工件；

步骤B：控制器控制两位五通电磁换向阀的阀芯移至左位，活塞杆向左移动，使得左薄膜、右薄膜均向左发生变形，一号工件的内孔内部的容积减小，二号工件的内孔内部的容积增大；

步骤C：控制器控制两位五通电磁换向阀的阀芯移至右位，活塞杆向右移动，使得左薄膜、右薄膜均向右发生变形，一号工件的内孔内部的容积增大，二号工件的内孔内部容积减小；

步骤D：重复步骤B和C，使一号工件、二号工件的内孔内部容积发生交变，对一号工件、二号工件的内孔内表面进行空化。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

（1）本发明根据液体压力低于饱和蒸汽压时会产生空化效应的原理，将其运用至表面强化加工领域，且采用普通的自来水作为工作介质，简单易得；而且尤其适用于小型零件微孔内表面的空化强化加工。

（2）本发明系统对称地设置了两个工位，并对称地设置了驱动工作腔，在一驱动工作腔进气时，另一驱动工作腔随活塞的运动而排气，不需要设置复位弹簧，结构简单紧凑；同时设置了自动化控制系统，结合双工位使得强化工作更加高效。

（3）本发明系统采用气泵压缩空气作为动力源，清洁环保。

附图说明

下面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为本发明所述的一种气动双工位内孔空化系统的结构示意图；

图1中：1.左夹紧气缸；2.箱体；3.左夹紧卡盘；4.左卡盘密封垫片；5.一号工件；6.左薄膜；7.左活塞；8.活塞杆；9.驱动缸；10.右活塞；11.右薄膜；12.二号工件；13.右卡盘密封垫片；14.右夹紧卡盘；15.右夹紧气缸；16.右两位四通电磁换向阀；17.右导轨；18.右定位块；19.驱动用两位五通电磁换向阀；20.单作用气泵；21.左定位块；22.左导轨；23.左两位四通电磁换向阀；24.控制器。

具体实施方式

参见图1，本发明所述的一种气动双工位内孔空化系统具有一个箱体2，箱体2是长方体结构，其内腔里面充满了水。

箱体2内部中间是一个左右水平布置的驱动缸9，驱动缸9底部通过支柱固定连接在箱体2底部，驱动缸9内部用中间隔板隔开成左右两个相同的腔室，左腔室中设置左活塞7，左活塞7与左腔室内壁之间安装密封圈。右腔室中设置右活塞10，右活塞10与右腔室内壁之间安装密封圈。左活塞7与左腔室的内壁密封且滑动连接，右活塞10与右腔室的内壁密封且滑动连接。在驱动缸9内部，左活塞7和右活塞10的中心处固定一根水平的活塞杆8，活塞杆8的左端穿过左活塞7，右端穿过活塞杆8，活塞杆8的中间穿过左右两个腔室之间隔板，并且与隔板密封连接，使左右两个腔室之间不连通。

驱动缸9的左右端面的正中间各开有通孔。驱动缸9的左侧依次是水平布置的一号工件5和左夹紧卡盘3，驱动缸9的右侧依次是水平布置的二号工件12和右夹紧卡盘14。一号工件5和二号工件12均水平布置，中心均开有水平的内孔，内孔左右贯通。一号工件5和二号工件12的内孔的中心轴与驱动缸9、驱动缸9左右端面的通孔的中心轴均共线，正对着驱动缸9。

活塞杆8的最左端固定连接左薄膜6，左薄膜6中间部位粘接该活塞杆8的最左端，活塞杆8的最右端固定连接右薄膜11。左薄膜6和右薄膜11均为橡胶体的弹性薄膜，左薄膜6位于驱动缸9的左端面通孔与一号工件5的内孔右端连接处，用于密封驱动缸9左端面的通孔和一号工件5的内孔。右薄膜11位于驱动缸9的右端面的通孔与二号工件12的内孔左端连接处，用于密封驱动缸9和二号工件12的内孔。

在一号工件5的轴向正下方是左定位块21，左定位块21底部焊接于箱体2底部，一号工件5置放在左定位块21的上端面上，左定位块21托举着一号工件5。在二号工件12的轴向正下方是右定位块18，右定位块18底部焊接于箱体2底部，二号工件12置放在右定位块18的上端面上，右定位块18托举着二号工件12。

一号工件5的左端固定连接左夹紧卡盘3，左夹紧卡盘3的右端面夹紧一号工件5的左端。在左夹紧卡盘3和一号工件5之间安装左卡盘密封垫片4，左卡盘密封垫片4直接黏贴于左夹紧卡盘3上，在加工时对一号工件5的左端面进行密封。二号工件12的右端固定连接右夹紧卡盘14，在二号工件12和右夹紧卡盘14之间安装右卡盘密封垫片13，右卡盘密封垫片13对二号工件12的右端面进行密封。

在箱体2的左侧壁上固定连接左夹紧气缸1，左夹紧气缸1水平布置。左夹紧气缸1的活塞杆从气缸中向右伸入箱体2内，与左夹紧卡盘3的左端面中心固定连接。左夹紧卡盘3的中心轴水平布置，其底部滑动连接左导轨22，左夹紧卡盘3能沿左导轨22左右水平移动，左导轨22左右水平地固定置于箱体2底部左侧，左夹紧气缸1能推动左夹紧卡盘3左右移动。同样地，在箱体2的右侧壁上固定连接右夹紧气缸15，右夹紧气缸15水平布置。右夹紧气缸15的活塞杆从气缸中向左伸入在箱体2内，与右夹紧卡盘14的右端面中心固定连接。右夹紧卡盘14的中心轴水平布置，其底部滑动连接右导轨17，右夹紧卡盘14能沿左导轨22左右水平移动，右夹紧气缸15能推动右夹紧卡盘14左右移动。右导轨17左右水平地固定地置于箱体2底部右侧。

左夹紧气缸1、右夹紧气缸15、左夹紧卡盘3、右夹紧卡盘14、一号工件5、二号工件12以及驱动缸9的水平中心轴均共线。驱动缸9的左右两个腔室的内径小于一号工件5、二号工件12的外径，但大于一号工件5、二号工件12的内孔的内径。活塞杆8的外径小于一号工件5、二号工件12的内孔的内径。左薄膜6和右薄膜11的外径大于一号工件5、二号工件12的内孔的内径但小于驱动缸9的左右两个腔室的内径。

左夹紧气缸1通过管道连接左夹紧用的左两位四通电磁换向阀23，左两位四通电磁换向阀23通过控制线连接控制器24，由控制器24控制左两位四通电磁换向阀23动作。当左两位四通电磁换向阀23阀芯处于左位时，左夹紧气缸1的左侧的无杆腔室进气，阀芯处于右位时，左夹紧气缸1的右侧的有杆腔室进气。 同样地，右夹紧气缸15通过管道连接右夹紧用的右两位四通电磁换向阀16，右两位四通电磁换向阀16通过控制线连接控制器24，由控制器24控制右两位四通电磁换向阀16动作。当右两位四通电磁换向阀16阀芯处于左位时，右夹紧气缸15的左侧的有杆腔室进气，阀芯处于右位时，右夹紧气缸15的右侧的无杆腔室进气。

驱动缸9的左腔室在靠近中间隔板的侧壁上开有左气孔，左气孔位于中间隔板和左活塞7之间；驱动缸9的右腔室在靠近中间隔板的侧壁上开有右气孔，右气孔位于中间隔板和右活塞10之间；这左气孔和右气孔通过管道连接两位五通电磁换向阀19。两位五通电磁换向阀19通过控制线连接控制器24，由控制器24控制右两位四通电磁换向阀16动作。当两位五通电磁换向阀19的阀芯处于左位时，驱动缸9的左腔室进气，当其阀芯处于右位时，驱动缸9的右腔室进气。

两位五通换向阀19、左两位四通电磁换向阀23、右两位四通电磁换向阀16均通过各自的管道连接单作用气泵20。单作用气泵20通过控制线连接控制器24，由控制器24控制启停。

系统工作时，由控制器24控制各个电磁换向阀按顺序依次自动换位，具体工作过程如下：

首先向箱体2内注水，保证箱体2内的各部件都处于淹没状态，将一号工件5、二号工件12分别放置于箱体2内的左定位块21、右定位块18上，此时，一号工件5内孔的右端面紧贴左薄膜6，二号工件12内孔的左端面紧贴右薄膜11。然后控制器24发出信号控制左两位四通电磁换向阀23，使得其阀芯移动至左位，同时控制单作用气泵20工作，左夹紧气缸1的无杆腔进气，推动其活塞杆向右移动，使左夹紧气缸1推动左夹紧卡盘3向右运动，夹紧一号工件5。同时，控制器24控制右两位四通电磁换向阀16的阀芯移至右位，单作用气泵20在工作，右夹紧气缸15的无杆腔进气，使右夹紧气缸15推动右夹紧卡盘14向左移动，夹紧二号工件12。

控制器24控制两位五通电磁换向阀19的阀芯先移至左位，单作用气泵20在工作，驱动缸9的左腔室进气，推动缸内活塞杆8向左移动，进而使得左薄膜6、右薄膜11均向左发生变形，此时，一号工件5的内孔内部的容积减小，同时二号工件12的内孔内部的容积增大。之后控制器24控制两位五通电磁换向阀19的阀芯移至右位，驱动缸9的右腔室进气，推动活塞杆8向右移动，进而使左薄膜6、右薄膜11均向右发生变形，此时，一号工件5的内孔内部的容积增大，同时二号工件12的内孔内部容积的减小。控制器24如此交替地控制两位五通电磁换向阀19的阀芯左移、右移再左移，交替往复地，使得一号工件5、二号工件12的内孔内部容积发生交变，进而使得两工件内孔中水的压力产生交变，从而出现空化效应，利用该效应对两工件的内孔内表面进行空化加工。

加工完成后，控制器24控制左两位四通电磁换向阀21的阀芯移至右位，随之左夹紧气缸1的有杆腔进气，带动左夹紧卡盘3左移，取下一号工件5。同时，控制器24控制右两位四通电磁换向阀16的阀芯移至左位，右夹紧卡盘14右移，取下二号工件12。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种气动双工位内孔空化系统，具有一个充满水的箱体（2），其特征是：箱体（2）内部中间是一个左右水平布置的驱动缸（9），驱动缸（9）内部用中间隔板隔成相同且不连通的左腔室和右腔室，左腔室中设置左活塞（7）、右腔室中设置右活塞（10），左、右活塞（7、10）的中心处固定一根水平的活塞杆（8），驱动缸（9）的左右端面的正中间各开有通孔，驱动缸（9）的左侧依次是中心轴水平布置的一号工件（5）和左夹紧卡盘（3）、右侧依次是中心轴水平布置的二号工件（12）和右夹紧卡盘（14），一号工件（5）和二号工件（12）的中心均开有左右贯通的内孔，活塞杆（8）的最左端固定连接左薄膜（6）、最右端固定连接右薄膜（11），左薄膜（6）密封连接于驱动缸（9）左端面的通孔和一号工件（5）的内孔，右薄膜（11）密封连接于驱动缸（9）右端面的通孔和二号工件（12）的内孔；一号工件（5）的左端固定连接左夹紧卡盘（3），二号工件（12）的右端固定连接右夹紧卡盘（14），箱体（2）的左侧壁上固定连接水平布置的左夹紧气缸（1）、右侧壁上固定连接水平布置的右夹紧气缸（15），左夹紧气缸（1）能推动左夹紧卡盘（3）左右移动，右夹紧气缸（15）能推动右夹紧卡盘（14）左右移动；左夹紧气缸（1）通过管道连接左两位四通电磁换向阀（23），右夹紧气缸（15）通过管道连接右两位四通电磁换向阀（16），驱动缸（9）在中间隔板和左活塞（7）之间的侧壁上开有左气孔、在中间隔板和右活塞（10）之间的侧壁上开有右气孔，左气孔和右气孔通过管道连接两位五通电磁换向阀（19），所述的两位五通换向阀（19）、左两位四通电磁换向阀（23）、右两位四通电磁换向阀（16）分别经各自的管道连接单作用气泵（20）且分别经各自的控制线连接控制器（24），控制器（24）经控制线连接单作用气泵（20）。

2.根据权利要求1所述的一种气动双工位内孔空化系统，其特征是：左夹紧卡盘（3）的底部滑动连接左导轨（22），右夹紧卡盘（14）的底部滑动连接右导轨（17），左导轨（22）和右导轨（17）都固定连接箱体（2）底部。

3.根据权利要求1所述的一种气动双工位内孔空化系统，其特征是：左夹紧卡盘（3）和一号工件（5）之间设有对一号工件（5）的左端面密封的左卡盘密封垫片（4），右夹紧卡盘（14）和二号工件（12）设有对二号工件（12）的右端面密封的右卡盘密封垫片（13）。

4.根据权利要求1所述的一种气动双工位内孔空化系统，其特征是：一号工件（5）和二号工件（12）的正下方各是一个定位块，定位块底部固定连接于箱体（2）底部。

5.根据权利要求1所述的一种气动双工位内孔空化系统，其特征是：左夹紧气缸（1）、右夹紧气缸（15）、左夹紧卡盘（3）、右夹紧卡盘（14）、一号工件（5）、二号工件（12）以及驱动缸（9）的水平中心轴均共线。

6.根据权利要求1所述的一种气动双工位内孔空化系统，其特征是：驱动缸（9）的左、右腔室的内径小于一号工件（5）和二号工件（12）的外径，但大于一号工件（5）和二号工件（12）的内孔的内径；活塞杆（8）的外径小于一号工件（5）和二号工件（12）的内孔的内径；左薄膜（6）和右薄膜（11）的外径大于一号工件（5）和二号工件（12）的内孔的内径但小于驱动缸（9）的左、右腔室的内径。

7.一种如权利要求1所述的一种气动双工位内孔空化系统的空化方法，其特征是包括以下步骤：

步骤A：控制器（24）控制单作用气泵（20）工作、左两位四通电磁换向阀（23）的阀芯移动至左位、右两位四通电磁换向阀（16）的阀芯移至右位，左夹紧气缸（1）推动左夹紧卡盘（3）向右运动夹紧一号工件（5），右夹紧气缸（15）推动右夹紧卡盘（14）向左运动夹紧二号工件（12）；

步骤B：控制器（24）控制两位五通电磁换向阀（19）的阀芯移至左位，活塞杆（8）向左移动，使得左薄膜（6）、右薄膜（11）均向左发生变形，一号工件（5）的内孔内部的容积减小，二号工件（12）的内孔内部的容积增大；

步骤C：控制器（24）控制两位五通电磁换向阀（19）的阀芯移至右位，活塞杆（8）向右移动，使得左薄膜（6）、右薄膜（11）均向右发生变形，一号工件（5）的内孔内部的容积增大，二号工件（12）的内孔内部容积减小；

步骤D：重复步骤B和C，使一号工件（5）、二号工件（12）的内孔内部容积发生交变，对一号工件（5）、二号工件（12）的内孔内表面进行空化。

8.根据权利要求7所述的一种气动双工位内孔空化系统的空化方法，其特征是：步骤D结束后，控制器（24）控制左两位四通电磁换向阀（21）的阀芯移至右位和右两位四通电磁换向阀（16）的阀芯移至左位，左夹紧卡盘（3）左移，右夹紧卡盘（14）右移，取下一号工件（5）和二号工件（12）。