CN111644949A - 一种柴油机曲轴的抛光装置 - Google Patents

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Abstract

一种柴油机曲轴的抛光装置，属于精密/超精密加工领域。该装置利用曲轴在抛光液中的周向转动，保证抛光液发生剪切增稠现象。装置包括抛光系统、抛光液循环冷却系统、振动装置系统、曲轴随动系统。所述抛光系统含有抛光液且与抛光液循环冷却系统通过管路相连接；所述抛光液循环冷却系统用于保证整个系统中的抛光液温度恒定，使抛光工作顺利进行；所述振动装置系统能够提升曲轴的加工效率和表面质量；所述曲轴随动系统用于实现抛光系统沿曲轴径向、周向、轴向三个方向的运动，从而可以对曲轴主轴颈、连杆颈进行全方位的抛光。本发明提供一种抛光装置，设备简单、抛光质量较好，可以实现曲轴高效率低成本的表面抛光。

Description

一种柴油机曲轴的抛光装置
技术领域
本发明属于精密/超精密加工领域，涉及一种柴油机曲轴的抛光装置，尤其涉及一种基于剪切增稠机理振动抛光柴油机曲轴的装置。
背景技术
抛光作为超精密加工的一种方法，它主要是指利用机械、化学或电化学作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。抛光作为超精密加工中最后且最重要的加工工序，主要的作用是去除前道工序所产生的表面、亚表面损伤层，降低面型误差，减小表面粗糙度。抛光几乎是所有工件达到纳米级甚至亚纳米级精度的唯一加工方法。近年来，新型的抛光工艺不断涌出，剪切增稠抛光也是其中一种。剪切增稠抛光是一种基于非牛顿幂律流体剪切增稠效应的抛光方法，它利用具有剪切增稠效应的非牛顿幂律流体作为抛光基液，在其中加入磨粒制成抛光液。抛光液在一定的剪切速率下形成柔性固着模具，以此实现对工件表面材料的去除。
在各种轴类零件的抛光加工中，曲轴的抛光难度较高。曲轴结构特殊，加工性能差，特别是船用柴油机曲轴重量重，外形尺寸大，精度要求高，不易抛光。目前，曲轴的抛光大致有两种方法，一种是直接用砂纸进行人工抛光；另一种是使用曲轴抛光机进行抛光。用砂纸进行人工抛光的过程中抛光质量完全依靠操作者的经验决定，而且这种抛光方式费时费力，抛光效率低且难以保证精度。曲轴抛光机又包括人工砂带抛光机和自动砂带抛光机，人工砂带抛光机是利用人工把持砂带，设备带动曲轴转动实现曲轴抛光；自动砂带抛光机是由砂带盘引出的砂带依次穿过上下夹具，将曲轴夹持在中间，随着曲轴的转动，对曲轴进行抛光处理。目前的人工曲轴砂带抛光机存在的问题是抛光效率低、精度不够高；自动砂带抛光机存在的问题是设备昂贵、设备的维护、维修复杂。因此，开发新的曲轴抛光设备具有非常重要的意义。
已授权发明专利(CN108453609A)，专利名称：一种曲轴抛光装置。该专利提供了一种曲轴抛光装置，该装置能够对曲轴的轴颈进行一次性自动抛光。该装置的原理是：抛光刀具可伸缩且被依次固定在曲轴上方的固定杆上，刀具的数量与曲轴主轴颈、连杆轴颈的数量相对应，使用时，通过曲轴与抛光刀具的接触完成抛光。该装置的优点是可利用液压设备完成对曲轴的自动进料和自动旋转，无需人工操作；该装置的缺点是，整个系统结构较为复杂，抛光所需的刀具数量多，成本较高。
已授权发明专利(CN 201210192915.8)，专利名称：一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的超精密曲面抛光方法。该方法以非牛顿幂律流体作为抛光基液，在其中加入磨粒制成剪切增稠抛光液。在抛光时，利用非牛顿幂律流体的粘度随剪切速率非线性变化特性，依靠加工区域受剪切作用而使抛光液表观粘度增大，增大磨粒把持力，磨粒产生微切削作用而实现材料去除。由于该方法只利用了通过工件与抛光液之间的相对运动而产生的剪切增稠效应，因此抛光效率仍有提升空间。
发明内容
针对目前曲轴抛光设备成本高、国内砂带抛光技术不成熟的问题，本发明提出了一种抛光质量高、适用范围广、成本低、结构简单的基于非牛顿幂律流体剪切增稠机理的柴油机曲轴抛光装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种柴油机曲轴的抛光装置，包括抛光系统、抛光液循环冷却系统、振动装置系统、曲轴随动系统，对曲轴20进行振动抛光。
所述抛光系统包括轴瓦23、轴承座22、轴承座上支撑3、轴承座下支撑12、抛光液24。所述轴瓦23、轴承座22、轴承座上支撑3以及轴承座下支撑12共同组成了抛光液池，具体为：所述轴承座上支撑3、轴承座下支撑12上端通过螺栓21连接，轴承座下支撑12为上端开口的箱体结构。所述轴承座22分为上、下两部分，这两部分分别与轴承座上支撑3、轴承座下支撑12通过螺栓连接。所述轴瓦23由上下两片半圆瓦组成，当两片半圆瓦装入轴承座22的圆孔内时，将由轴承座22把它们压成一个正圆的轴承，以保证轴瓦23的外壁紧贴在轴承座22的内壁上。所述抛光液24置于抛光液池内。所述抛光系统与抛光液循环冷却系统通过管路1相连接，抛光液24从轴承座下支撑12侧面流出，通过管路1进入抛光液循环冷却系统。
所述抛光液循环冷却系统包括过滤装置14、储液槽16、泵17、控温装置18、集成板15、轮子13。所述过滤装置14、储液槽16、泵17、控温装置18依次安装在集成板15上方，所述集成板15下方四角处装有轮子13，可用于抛光液循环冷却系统的整体移动。所述储液槽16用于循环补充抛光液池内的抛光液24。所述抛光液24进入抛光液循环冷却系统后，首先流入过滤装置14，之后通过管路流入储液槽16，储液槽16与泵17通过管路连接，泵17用于提供抛光液24循环所需动力，确保循环过程持续进行。所述温控装置18一侧通过管路与泵17相连，另一侧通过管路1与轴承座上支撑3顶部相通，抛光液24从轴承座上支撑3顶部流入，完成整个抛光液循环冷却过程。所述温控装置18包括温度传感器与调温装置，用于保证整个系统中的抛光液24温度恒定，确保抛光液24的粘度等物理性质不发生变化，保证抛光工作的顺利进行。
所述振动装置系统位于抛光系统下方，包括位于轴承座下支撑12内部的单轴惯性激振器26、挡板28、弹簧27、偏心块25。所述的挡板28置于轴承座下支撑12内部，用于分隔抛光液24与单轴惯性激振器26，为单轴惯性激振器26提供工作空间。所述单轴惯性激振器26通过螺栓安装在挡板28的下方，用于使剪切增稠抛光液24产生振动。所述弹簧27位于挡板28下方，置于轴承座下支撑12底面和挡板28之间，用于支撑挡板28。所述的偏心块25与单轴惯性激振器26连接，单轴惯性激振器26通过调节偏心块25的安装角度调节振幅。振动装置系统用于对抛光系统产生振动，使抛光液24内部产生强烈的剪切增稠现象，这种现象有利于更好的控制剪切增稠效应，并且能够提升曲轴20的加工效率和表面质量。
所述曲轴随动系统包括摇臂4、立柱8、导轨7、滑块6、底板9、导轨副10、三脚架11、定位销5。所述的立柱8底部安装在底板9上，底板9下方装有导轨，与三角架11共同构成导轨副10，用于实现整个抛光系统、振动装置系统沿着曲轴20的轴向移动，从而对整个曲轴20进行抛光。所述导轨7安装在立柱8顶部，导轨7上设有滑块6，滑块6可以沿着导轨7做往复运动。所述滑块6与摇臂4为铰链连接，共同构成了曲柄滑块机构，因此可以将滑块6的往复运动转变为摇臂4的回转运动。所述的摇臂4与轴承座上支撑3为一体结构，而轴承座上、下支撑之间又通过螺栓21连接，因此可以实现整个抛光系统的回转运动，进而实现曲轴20偏心连杆颈部分的抛光。所述曲轴随动系统，通过底板9与三脚架11之间的导轨副10实现沿着曲轴的轴向运动；通过导轨7上滑块6的往复运动实现抛光系统沿着曲轴的径向运动；通过摇臂4、滑块6以及立柱8上的导轨7构成了曲柄滑块机构，通过曲柄滑块机构实现抛光系统沿着曲轴的回转运动、即周向运动。
所述的曲轴20的一端装夹在车床卡盘2上，另一端由车床卡盘顶针19固定，通过车床带动其旋转，曲轴20中部轴颈部分装夹在抛光系统的轴瓦23之间进行抛光。所述抛光液24在抛光液池内与曲轴20接触。
进一步的，剪切增稠抛光需要高性能的具有剪切增稠效应的抛光液24。所述的抛光液24包括剪切增稠相、磨粒29、去离子水，所述的剪切增稠相选用多羟基聚合物30，比例为30～40wt％。所述的磨粒29选用氧化铝、碳化硅、金刚石、氧化铈、氧化锆中的一种或多种组合，粒径为1～10μm，比例20～25wt％。其余为去离子水。
本发明的抛光原理为：抛光过程中，曲轴20在车床的带动下发生转动，随之与抛光液24产生周向的相对运动，抛光液24与曲轴20接触部分受剪切作用会发生剪切增稠现象，接触区域抛光液24的黏度增大，并形成剪切增稠弹性层，增强了多羟基聚合物30对磨粒29的把持作用，从而使得曲轴与抛光液接触部位形成一个类似“柔性固着磨具”，磨粒29对曲轴20轴颈表面产生微切削作用实现材料的去除，并达到抛光的效果。另外，单轴惯性激振器26产生的振动使剪切增稠抛光液随之产生振动，从而在抛光液24内部产生强烈的剪切增稠现象。这两方面的共同作用影响，使得曲轴20表面微观凸峰被迅速去除，表面粗糙度也迅速减小。
本发明的技术构思为：基于非牛顿幂律流体剪切增稠效应的抛光方法与砂带抛光机相结合，将有效的解决曲轴抛光设备成本高的问题，并且能提高曲轴的表面质量，更好的实现曲轴表面的高质量低成本加工。
本发明的有益效果是：(1)本发明提供了一种基于非牛顿幂律流体剪切增稠机理的抛光方法与砂带抛光机相结合的抛光装置，设备简单、抛光质量较好；(2)可以同时抛光主轴颈和连杆颈部分，实现曲轴高效率低成本的表面抛光。
附图说明
图1是本发明对曲轴抛光的整体装置示意图。
图2是本发明用于夹持曲轴的轴瓦部分的示意图。
图3是本发明加工原理的示意图。
图4是本发明对曲轴抛光的微观过程图。
图中：1管路；2车床卡盘；3轴承座上支撑；4摇臂；5定位销；6滑块；7导轨；8立柱；9底板；10导轨副；11三脚架；12轴承座下支撑；13轮子；14过滤装置；15集成板；16储液槽；17泵；18控温装置；19顶针；20曲轴；21螺栓；22轴承座；23轴瓦；24抛光液；25偏心块；26单轴惯性激振器；27弹簧；28挡板；29磨粒；30多羟基聚合物。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种基于剪切增稠机理振动抛光柴油机曲轴的装置，包括抛光系统、抛光液循环冷却系统、振动装置系统、曲轴随动系统。
所述抛光系统包括轴瓦23、轴承座22、轴承座上支撑3、轴承座下支撑12、抛光液24。所述轴瓦23、轴承座22、轴承座上支撑3以及轴承座下支撑12共同组成了抛光液池，具体为：所述轴承座上支撑3、轴承座下支撑12通过螺栓21连接，轴承座下支撑12为上端开口的箱体结构。所述轴承座22分为上、下两部分，这两部分分别与轴承座上支撑3、轴承座下支撑12通过螺栓连接。所述轴瓦23由上下两片半圆瓦组成，当两片半圆瓦装入轴承座22的圆孔内时，将由轴承座22把它们压成一个正圆的轴承，以保证轴瓦23的外壁紧贴在轴承座22的内壁上。所述抛光液24置于抛光液池内。所述抛光系统与抛光液循环冷却系统通过管路1相连接，抛光液24从轴承座下支撑12侧面流出，通过管路1进入抛光液循环冷却系统。
所述抛光液循环冷却系统包括过滤装置14、储液槽16、泵17、控温装置18、集成板15、轮子13。所述过滤装置14、储液槽16、泵17、控温装置18依次安装在集成板15上方，所述集成板15下方四角处装有轮子13，可用于抛光液循环冷却系统的整体移动。所述储液槽16用于循环补充抛光液池内的抛光液24。所述抛光液24进入抛光液循环冷却系统后，首先流入过滤装置14，之后通过管路流入储液槽16，储液槽16与泵17通过管路连接，泵17用于提供抛光液24循环所需动力，确保循环过程持续进行。所述温控装置18一侧通过管路与泵17相连，另一侧通过管路1与轴承座上支撑3顶部相通，抛光液24从轴承座上支撑3顶部流入，完成整个抛光液循环冷却过程。所述温控装置18包括温度传感器与调温装置，用于保证整个系统中的抛光液24温度恒定，确保抛光液24的粘度等物理性质不发生变化，保证抛光工作的顺利进行。
所述振动装置系统位于抛光系统下方，包括位于轴承座下支撑12内部的单轴惯性激振器26、挡板28、弹簧27、偏心块25。所述的挡板28置于轴承座下支撑12内部，用于分隔抛光液24与单轴惯性激振器26，为单轴惯性激振器26提供工作空间。所述单轴惯性激振器26通过螺栓安装在挡板28的下方，用于使剪切增稠抛光液24产生振动。所述弹簧27位于挡板28下方，置于轴承座下支撑12底面和挡板28之间，用于支撑挡板28。所述的偏心块25与单轴惯性激振器26连接，单轴惯性激振器26通过调节偏心块25的安装角度调节振幅。振动装置系统用于对抛光系统产生振动，使抛光液24内部产生强烈的剪切增稠现象，这种现象有利于更好的控制剪切增稠效应，并且能够提升曲轴20的加工效率和表面质量。
所述曲轴随动系统包括摇臂4、立柱8、导轨7、滑块6、底板9、导轨副10、三脚架11、定位销5。所述的立柱8底部安装在底板9上，底板9下方装有导轨，与三角架11共同构成导轨副10，用于实现整个抛光系统、振动装置系统沿着曲轴20的轴向移动，从而对整个曲轴20进行抛光。所述导轨7安装在立柱8顶部，导轨7上设有滑块6，滑块6可以沿着导轨7做往复运动。所述滑块6与摇臂4为铰链连接，共同构成了曲柄滑块机构，因此可以将滑块6的往复运动转变为摇臂4的回转运动。所述的摇臂4与轴承座上支撑3为一体结构，而轴承座上、下支撑之间又通过螺栓21连接，因此可以实现整个抛光系统的回转运动，进而实现曲轴20偏心连杆颈部分的抛光。所述曲轴随动系统，通过底板9与三脚架11之间的导轨副10实现沿着曲轴的轴向运动；通过导轨7上滑块6的往复运动实现抛光系统沿着曲轴的径向运动；通过摇臂4、滑块6以及立柱8上的导轨7构成了曲柄滑块机构，通过曲柄滑块机构实现抛光系统沿着曲轴的回转运动、即周向运动。
所述的曲轴20，其轴颈部分装夹在抛光系统的轴瓦23之间进行抛光。曲轴20的一端装夹在车床卡盘2上，另一端由车床卡盘顶针19固定，通过车床带动其旋转。
实施例1
针对基于剪切增稠机理振动抛光柴油机曲轴的装置，抛光曲轴偏心连杆颈部分时，其加工步骤如下：
包括以下步骤：
1)将轴瓦23、轴承座22、轴承座上支撑3、轴承座下支撑12安装到需要加工的曲轴20偏心连杆颈部分。所述轴承座上支撑3、轴承座下支撑12用螺栓21连接；
2)配置具有剪切增稠效应的抛光液24，将抛光液24置于储液槽16内；
3)关闭轴承座下支撑12侧面的抛光液流出管路，启动抛光液循环冷却系统，放置于储液槽16中的抛光液24在泵17的作用下，通过管路输入到抛光液池中；
4)待抛光液池中的抛光液24没过曲轴20偏心连杆颈一定深度后，打开轴承座下支撑12侧面的抛光液流出管路，抛光液24再通过管路进入滤器14，经滤器14过滤后进入储液槽16，不断循环；
5)取下连接摇臂4与立柱8的定位销5；
6)启动车床，在车床的带动下，曲轴20偏心连杆颈做回转运动，同时与具有剪切增稠效应的抛光液24发生相对运动，抛光液24形成与曲轴20偏心连杆颈形状高度吻合的柔性固着模具，曲轴20表面微观凸峰被去除，实现剪切增稠抛光；
7)启动挡板28底部的单轴惯性激振器26，使剪切增稠抛光液24产生振动，进一步在抛光液24内部产生强烈的剪切增稠现象，实现剪切增稠振动抛光。
抛光结束后，关闭轴承座上支撑3顶部的抛光液入口，将抛光液池中的抛光液24通过管路放入储液槽16中，然后将轴承座支撑上的螺栓21拆下，通过曲轴随动系统中的导轨副10，将装置移到另一节连杆颈上继续上述步骤抛光。
实施例2
针对基于剪切增稠机理振动抛光柴油机曲轴的装置，抛光曲轴主轴颈部分时，其加工步骤如下：
步骤与抛光曲轴偏心连杆颈部分时相似，只需删掉步骤5，即无需将连接摇臂4与立柱8的定位销5取下。
抛光结束后的操作也与实施例1相似。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种柴油机曲轴的抛光装置，其特征在于，所述的装置包括抛光系统、抛光液循环冷却系统、振动装置系统、曲轴随动系统，对曲轴(20)进行振动抛光；
所述抛光系统包括轴瓦(23)、轴承座(22)、轴承座上支撑(3)、轴承座下支撑(12)、抛光液(24)；所述轴承座上支撑(3)、轴承座下支撑(12)上端连接，轴承座下支撑(12)为上端开口的箱体结构；所述轴承座(22)包括上、下两部分，分别与轴承座上支撑(3)、轴承座下支撑(12)通过螺栓连接；所述轴瓦(23)由上下两片半圆瓦组成，当两片半圆瓦装入轴承座(22)的圆孔内时，由轴承座(22)压成一个正圆的轴承，保证轴瓦(23)的外壁紧贴在轴承座(22)的内壁上；所述抛光液(24)置于抛光液池内，抛光液池设于轴承座下支撑(12)箱体结构下部；所述抛光系统与抛光液循环冷却系统通过管路(1)相连接，抛光液(24)从轴承座下支撑(12)侧面流出，通过管路(1)进入抛光液循环冷却系统；
所述抛光液循环冷却系统包括集成板(15)及安装集成板(15)上的过滤装置(14)、储液槽(16)、泵(17)、控温装置(18)；所述抛光液(24)抛光液(24)进入抛光液循环冷却系统后，首先流入过滤装置(14)，再通过管路流入储液槽(16)，储液槽(16)与泵(17)连接；所述温控装置(18)一侧通过管路与泵(17)相连，另一侧通过管路(1)与轴承座上支撑(3)顶部相通，抛光液(24)从轴承座上支撑(3)顶部流入，完成整个抛光液循环冷却过程；
所述振动装置系统位于抛光系统下方，用于对抛光系统产生振动，使抛光液(24)内部产生强烈的剪切增稠现象，包括位于轴承座下支撑(12)内部的单轴惯性激振器(26)、挡板(28)、弹簧(27)、偏心块(25)；所述的挡板(28)置于轴承座下支撑(12)内部，用于分隔抛光液(24)与单轴惯性激振器(26)；所述单轴惯性激振器(26)安装在挡板(28)的下方，用于使剪切增稠抛光液(24)产生振动；所述弹簧(27)位于挡板(28)下方，置于轴承座下支撑(12)底面和挡板(28)之间，用于支撑挡板(28)；所述的偏心块(25)与单轴惯性激振器(26)连接，单轴惯性激振器(26)通过调节偏心块(25)的安装角度调节振幅；
所述曲轴随动系统包括摇臂(4)、立柱(8)、导轨(7)、滑块(6)、底板(9)、导轨副(10)、三脚架(11)；所述的立柱(8)底部安装在底板(9)上，底板(9)下方装有导轨，与三角架(11)共同构成导轨副(10)，用于实现整个抛光系统、振动装置系统沿着曲轴(20)的轴向移动，对整个曲轴(20)进行抛光；所述导轨(7)安装在立柱(8)顶部，导轨(7)上设有滑块(6)，滑块(6)可以沿着导轨(7)做往复运动；所述滑块(6)与摇臂(4)为铰链连接，共同构成曲柄滑块机构，将滑块(6)的往复运动转变为摇臂(4)的回转运动；所述的摇臂(4)与轴承座上支撑(3)为一体结构，实现整个抛光系统的回转运动，进而实现曲轴(20)偏心连杆颈部分的抛光；所述摇臂(4)、滑块(6)以及立柱(8)上的导轨(7)构成曲柄滑块机构，通过曲柄滑块机构实现抛光系统沿着曲轴的回转运动、即周向运动；
所述的曲轴(20)通过车床带动其旋转，其一端装夹在车床卡盘(2)上，另一端由车床卡盘顶针(19)固定，曲轴(20)轴颈部分装夹在抛光系统的轴瓦(23)之间进行抛光；所述抛光液(24)在抛光液池内与曲轴(20)接触。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机曲轴的抛光装置，其特征在于，所述的抛光液(24)包括剪切增稠相、磨粒(29)、去离子水，所述的剪切增稠相选用多羟基聚合物(30)，比例为30～40wt％；
所述的磨粒(29)选用氧化铝、碳化硅、金刚石、氧化铈、氧化锆中的一种或多种组合，粒径为1～10μm，比例20～25wt％；其余为去离子水。
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