CN112936115A - 一种泰勒涡磨料流去毛刺装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泰勒涡磨料流去毛刺装置及方法，包括夹具装置，用于将工件夹持；夹具驱动装置，用于驱动所述夹具装置旋转；磨料喷嘴，与所述夹具装置同轴设置，其上沿周向均布设置有多圈小孔，每圈所述小孔之间的轴向间距为6‑14毫米，每圈均布设置有2‑5个小孔，用于朝向工件中喷液态磨料；喷嘴驱动装置，用于驱动磨料喷嘴旋转及进退。具有结构简单，工序简单，可以高效、高质量的将薄壁工件内壁上的毛刺去除的优点。

Description

一种泰勒涡磨料流去毛刺装置及方法

技术领域

本发明涉及去毛刺技术领域，具体为一种泰勒涡磨料流去毛刺装置及方法。

背景技术

在航空、航天、汽车、模具、仪器仪表等行业中，零部件在制造加工过程中都有可能产生毛刺。为了保证零件加工质量，提高其使用性能和使用寿命，需要增加去毛刺工艺。据统计数据分析可知，去毛刺工艺会造成零件加工时间和生产成本的增加，去毛刺工时约占零件加工总工时的5％-13％，严重制约了零件的生产效率，而对于精密零件的去毛刺经济成本通常高达零件总成本的30％。

如图1所示，对于航天装备中，某些复杂型面薄壁零件，结构复杂，壁厚在小，仅0.8～5.7mm，径厚比超过100，极易受力变形，薄壁上分布着上千个微小孔，小孔直径在1.3～2.8mm，并且部分小孔周围带有凸起结构，这会加大小孔边缘毛刺去除难度。毛刺的存在不但影响零件的精度，而且影响零件整机的可靠性。把有毛刺的零件装机使用，会导致机械故障，更有甚者会造成重大安全事故，后患无穷。因此，面向复杂薄壁零件微小群孔去毛刺，探索一种新的去除机理及高效、高精度的去毛刺加工方法至关重要，对提高我国航空航天装备领域制造水平具有重要的理论指导意义和工程应用价值。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种泰勒涡磨料流去毛刺装置及方法，以解决上述背景技术中提出问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种泰勒涡磨料流去毛刺装置，包括：

夹具装置，用于将工件夹持；

夹具驱动装置，用于驱动所述夹具装置旋转；

磨料喷嘴，与所述夹具装置同轴设置，其上沿周向均布设置有多圈小孔，每圈所述小孔之间的轴向间距为6-14毫米，每圈均布设置有2-5个小孔，用于朝向工件中喷液态磨料；

喷嘴驱动装置，用于驱动磨料喷嘴旋转及进退。

进一步的是，所述夹具装置包括对称设置的两个半圆形夹持单元，两个所述夹持单元收拢时将工件夹持。

进一步的是，所述小孔的直径为1.5-2.5mm。

进一步的是，所述夹具装置及所述工件的转速为20-100rad/s，所述磨料喷嘴的转速为5-20rad/s，所述夹具装置和所述磨料喷嘴的旋转方向相反，所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为2-6m/s。

本发明还提供一种泰勒涡磨料流去毛刺方法，包括以下步骤：

a、通过夹具装置将工件夹持；

b、驱动夹具装置旋转，夹具装置带动工件旋转；

c、磨料喷嘴旋转，并朝向工件内喷液态磨料，使工件内外部填充满液态磨料；

d、磨料喷嘴前进，在工件内部的液态磨料与工件逆向旋转，产生环形泰勒涡；

e、液态磨料在环形泰勒涡作用下，与工件内壁上的毛刺发生剪切摩擦，将毛刺去除。

进一步的是，所述步骤d中磨料喷嘴前进，包括所述磨料喷嘴沿其轴线方向前进。

进一步的是，磨料喷嘴，其上沿周向均布设置有多圈小孔，每圈所述小孔之间的轴向间距为6-14毫米，每圈均布设置有2-5个小孔，用于朝向工件中喷液态磨料，所述小孔的直径为1.5-2.5mm。

进一步的是，所述夹具装置及所述工件的转速为20-100rad/s，所述磨料喷嘴的转速为5-20rad/s，所述夹具装置和所述磨料喷嘴的旋转方向相反；所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为2-6m/s。

进一步的是，所述夹具装置及所述工件的转速为20rad/s，所述磨料喷嘴的转速为20rad/s。

进一步的是，所述步骤b中驱动夹具装置及工件旋转，包括：通过机床工作台将所述夹具装置夹持，并驱动所述夹具装置旋转。

本发明的有益效果是：

本发明的泰勒涡磨料流去毛刺方法，工序简单，可以高效、高质量的将薄壁工件内壁上的毛刺去除。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明背景技术的工件示意图；

图2为本发明的泰勒涡磨料流去毛刺方法的仿真工艺模型示意图；

图3a为工件的转速为20rad/s，磨料喷嘴的转速为20rad/s，所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为0m/s时，环形泰勒涡流场速度矢量图和对工件薄壁面剪切应力分布云图；

图3b为工件的转速为20rad/s，磨料喷嘴的转速为20rad/s，所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为5m/s时，环形泰勒涡流场速度矢量图和对工件薄壁面剪切应力分布云图；

图4a为图3a情况下，对应工件壁面剪切应力云图；

图4b为图3b情况下，对应工件壁面剪切应力云图；

图5a为本发明实施例工件转速对壁面剪切应力影响示意图；

图5b为本发明实施例磨料喷嘴入口流速对工件内壁面剪切应力影响示意图；

图6为本发明实施例去毛刺前工件实物、小孔形貌及表面粗糙度示意图；

图7为本发明实施例去毛刺后工件实物、小孔形貌及表面粗糙度示意图；

图中标记为：

工件1，磨料喷嘴2，小孔21，液态磨料3，环形泰勒涡4。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

请参阅图2至7：

一种泰勒涡磨料流去毛刺装置，包括：

夹具装置，用于将工件1夹持；

夹具驱动装置，用于驱动所述夹具装置旋转；

磨料喷嘴2，与所述夹具装置同轴设置，其上沿周向均布设置有多圈小孔21，每圈所述小孔21之间的轴向间距为6-14毫米，每圈均布设置有2-5个小孔21，用于朝向工件1中喷液态磨料；

喷嘴驱动装置，用于驱动磨料喷嘴2旋转及进退。

具体的，所述夹具装置包括对称设置的两个半圆形夹持单元，两个所述夹持单元收拢时将工件夹持。在本发明的其他可替换实施方式中，所述夹具装置也可以包括沿周向均布设置的多个弧形夹持单元，多个弧形夹持单元收拢时将工件夹持。

进一步的是，所述小孔的直径为1.5-2.5mm。

所述夹具装置及所述工件的转速为20-100rad/s，所述磨料喷嘴的转速为5-20rad/s，所述夹具装置和所述磨料喷嘴的旋转方向相反，所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为2-6m/s。

本发明的泰勒涡磨料流去毛刺装置装置，结构简单，操作方便，可以高效、高质量的将薄壁工件内壁上的毛刺去除。

本发明还提供一种泰勒涡磨料流去毛刺方法，包括以下步骤：

a、通过夹具装置(未图示)将工件1夹持；

b、驱动夹具装置旋转，夹具装置带动工件1旋转；

c、磨料喷嘴2旋转，并朝向工件1内喷液态磨料3，使工件1内外部填充满液态磨料3；

d、磨料喷嘴2前进，在工件1内部的液态磨料3与工件1逆向旋转，产生环形泰勒涡4；

e、液态磨料3在环形泰勒涡4作用下，与工件1内壁上的毛刺发生剪切摩擦，将毛刺去除。

具体的，所述步骤d中磨料喷嘴2前进，包括所述磨料喷嘴2沿其轴线方向前进。

所述磨料喷嘴2沿其轴向均布设置有多圈小孔21，每圈所述小孔21之间的轴向间距为6-14毫米，每圈均布设置有2-5个小孔；所述小孔21的直径为1.5-2.5mm。作为本发明的优选实施例，所述小孔21的直径为2mm，每圈设置3个小孔。

所述工件1为回旋体零件，所述夹具装置包括沿周向设置的至少两个夹持单元，至少两个所述夹持单元收拢时，将工件1牢固夹持。

所述夹具装置及所述工件的转速为20-100rad/s，所述磨料喷嘴2的转速为5-20rad/s，所述夹具装置和所述磨料喷嘴的旋转方向相反。所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为2-6m/s。

作为本发明的优选实施例，所述夹具装置及所述工件的转速为20rad/s，所述磨料喷嘴的转速为20rad/s，所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为4m/s。

图3a为工件1的转速为20rad/s，磨料喷嘴2的转速为20rad/s，所述磨料喷嘴2中液态磨料3的进料速度为0m/s时，环形泰勒涡4流场速度矢量图和对工件薄壁面剪切应力分布云图；图4a为对应工件1壁面剪切应力云图。

图3b为工件1的转速为20rad/s，磨料喷嘴2的转速为20rad/s，所述磨料喷嘴2中液态磨料3的进料速度为5m/s时，环形泰勒涡4流场速度矢量图和对工件薄壁面剪切应力分布云图。

从图中可以得知，当液态磨料3流速为0m/s时，依靠磨料喷嘴2和工件1旋转时液态磨料3的层流效应较强，不能产生有效的泰勒涡流，高速流动区域集中在工件壁面附近，但由于磨料粘度较小，壁面附近涡流强度较弱，相应的壁面剪切应力也较小，具体<50Pa，不利于对毛刺产生多方向多强度的有力冲击；当磨料喷嘴2中液态磨料3流速为5m/s时，工件1和磨料喷嘴2之间产生强烈的湍流漩涡区域，形成有效的环形泰勒涡4，壁面剪切应力也得到提高，可以对工件内壁上的毛刺进行多方向多强度的有力冲击，将毛刺去除；图4b为对应工件1壁面剪切应力云图。

进一步的是，所述步骤b中驱动夹具装置及工件1旋转，包括：通过机床工作台将所述夹具装置夹持，并驱动所述夹具装置旋转。

图5a为工件2转速对壁面剪切应力影响示意图，包括磨料喷嘴2转速为-20rad/s和磨料喷嘴2转速为5m/s的情况。

图5b为磨料喷嘴2入口流速对工件内壁面剪切应力影响示意图，包括工件转速为20rad/s，磨料喷嘴2转速为-20rad/s。

由图5a、5b可知，工件2内壁面剪切应力随工件1转速提升及磨料喷嘴2的液态磨料3入口流速增加而增大，有利于增大磨料流与毛刺之间的摩擦力，便于毛刺的去除，但是为了防止较大工件剪切应力对薄壁工件的变形影响及工艺经济性等考虑，需选择合适的工艺参数进行毛刺去除。设毛刺长度为0.3mm，宽度为2.0mm时，仿真模拟毛刺去除的最大等效应力为1700MPa，工件壁面所需剪切应力为689Pa，磨料喷嘴入口流速为3.5m/s，工件和工具以20rad/s转速且不同方向旋转时可有效去除毛刺。

通过机械加工的方式在GH4169工件材料表面加工微小孔，微小孔边缘毛刺清晰可见。工件1和磨料喷嘴2在20rad/s转速下以相反方向旋转，喷嘴磨料流速为4m/s条件下开展去毛刺实验。图6和图7分别为工件1去毛刺前后小孔形貌及工件表面粗糙度。由图可知，采用此方法不仅可以有效去除小孔边缘毛刺，而且可以改善小孔圆度及工件表面形貌，Ra由去毛刺前的3.061μm提升到1.010μm。

本发明的泰勒涡磨料流去毛刺方法，工序简单，可以高效、高质量的将薄壁工件内壁上的毛刺去除。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泰勒涡磨料流去毛刺装置，其特征在于，包括：

夹具装置，用于将工件夹持；

夹具驱动装置，用于驱动所述夹具装置旋转；

磨料喷嘴，与所述夹具装置同轴设置，其上沿周向均布设置有多圈小孔，每圈所述小孔之间的轴向间距为6-14毫米，每圈均布设置有2-5个小孔，用于朝向工件中喷液态磨料；

喷嘴驱动装置，用于驱动磨料喷嘴旋转及进退。

2.根据权利要求1所述的泰勒涡磨料流去毛刺装置，其特征在于：所述夹具装置包括对称设置的两个半圆形夹持单元，两个所述夹持单元收拢时将工件夹持。

3.根据权利要求1所述的泰勒涡磨料流去毛刺装置，其特征在于：所述小孔的直径为1.5-2.5mm。

4.根据权利要求1所述的泰勒涡磨料流去毛刺装置，其特征在于：所述夹具装置及所述工件的转速为20-100rad/s，所述磨料喷嘴的转速为5-20rad/s，所述夹具装置和所述磨料喷嘴的旋转方向相反，所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为2-6m/s。

5.一种泰勒涡磨料流去毛刺方法，其特征在于，包括如权利要求1至4任意一项所述的泰勒涡磨料流去毛刺装置，所述方法包括以下步骤：

a、通过夹具装置将工件夹持；

b、驱动夹具装置旋转，夹具装置带动工件旋转；

c、磨料喷嘴旋转，并朝向工件内喷液态磨料，使工件内外部填充满液态磨料；

d、磨料喷嘴前进，在工件内部的液态磨料与工件逆向旋转，产生环形泰勒涡；

e、液态磨料在环形泰勒涡作用下，与工件内壁上的毛刺发生剪切摩擦，将毛刺去除。

6.根据权利要求5所述的泰勒涡磨料流去毛刺方法，其特征在于：所述步骤d中磨料喷嘴前进，包括所述磨料喷嘴沿其轴线方向前进。

7.根据权利要求5所述的泰勒涡磨料流去毛刺方法，其特征在于：磨料喷嘴，其上沿周向均布设置有多圈小孔，每圈所述小孔之间的轴向间距为6-14毫米，每圈均布设置有2-5个小孔，用于朝向工件中喷液态磨料，所述小孔的直径为1.5-2.5mm。

8.根据权利要求5所述的泰勒涡磨料流去毛刺方法，其特征在于：所述夹具装置及所述工件的转速为20-100rad/s，所述磨料喷嘴的转速为5-20rad/s，所述夹具装置和所述磨料喷嘴的旋转方向相反；所述磨料喷嘴中液态磨料的进料速度为2-6m/s。

9.根据权利要求5所述的泰勒涡磨料流去毛刺方法，其特征在于：所述夹具装置及所述工件的转速为20rad/s，所述磨料喷嘴的转速为20rad/s。

10.根据权利要求5所述的泰勒涡磨料流去毛刺方法，其特征在于：所述步骤b中驱动夹具装置及工件旋转，包括：通过机床工作台将所述夹具装置夹持，并驱动所述夹具装置旋转。

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