CN113319730A

CN113319730A - 一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置及方法

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Publication number: CN113319730A
Application number: CN202110607568.XA
Authority: CN
Inventors: 陈法宇; 孙玉利; 王燎原; 孙文婧; 孙淑琴
Original assignee: Nanjing Hangtai Electromechanical Co ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing Hangtai Electromechanical Co ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2021-06-01
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2041-06-01
Also published as: CN113319730B

Abstract

一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置及方法，其特征是所述装置包括手摇式丝杠系统、升降台、磁场发生装置、夹具系统、同步带系统、支撑架；手摇式丝杠系统和升降台套装于支撑架上。磁场发生装置安装在升降台底部，并能够随升降台在竖直方向上进行升降调节。磁场发生装置上的磁极盘高速旋转，使得工件内部的磁性磨粒在竖直方向上下往复运动。同步带系统安装于支撑架的工作台上，装夹工件的夹具系统安装于同步带系统的滑块上，并随其实现往复运动，使得工件内部的磁性磨粒在水平方向上往复运动。在两个方向往复运动的复合下实现对工件内表面的均匀研磨。本发明所述装置，制造成本低、操作简单方便、结构新颖、可靠性好。

Description

一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置及方法

技术领域

本发明涉及磁力研磨技术领域，特别是涉及一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置及方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，许多行业对复杂形状零件表面的光整效果提出了更高的要求。金属3D 打印成形过程中容易出现球化和孔隙等缺陷，并且成形结束后，伴随着零件的冷却，零件内部的残余应力会导致零件出现变形与裂纹。金属3D 打印技术所能达到的表面质量还不能完全满足工业应用的使用要求。

磁力研磨技术具有良好的柔性、自锐性和可控性，可用于外圆面、内圆面、平面、细小管道、复杂曲面、凹槽等多种情况。目前磁力研磨技术在零件内表面的抛光方面主要是面向形状简单且直径较大的管件，无法有效地完成对具有复杂内腔管件的光整加工。

发明内容

本发明针对具有复杂内腔管件的内表面研磨不便的问题，提供了一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置和方法，利用磁极盘的旋转使得加工区域内每一处磁感应强度不断地发生强弱交替变化，提高了磁性磨粒的研磨效率和自锐性，使其翻滚、碰撞、划擦的更加剧烈。在磁极盘的旋转、磨粒自身重力以及同步带往复运动的复合作用下，使得磁性磨粒在水平方向和竖直方向上往复运动，使得研磨更加均匀、高效。

本发明的技术方案之一是：

一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置，其特征是：它包括手摇式丝杠系统1，升降台2，磁场发生装置3，夹具系统4，同步带系统5和支撑架6；升降台2通过直线轴承套装于支撑架6上，支撑架6安装在工作台20上；手摇式丝杠系统1安装于支撑架6上并通过丝杠螺母和升降台2连接；通过转动手摇式丝杠系统1能够实现升降台2在竖直方向上的升降；磁场发生装置3通过导轨和滑块安装于升降台2底部，并能够随升降台2在竖直方向上进行升降调节；磁场发生装置3上的磁极盘高速旋转，从而带动预置在具有复杂内腔管件内部的磁性磨粒在竖直方向上下往复运动；同步带系统5安装于支撑架6一侧的工作台20上，装夹着具有复杂内腔管件的夹具系统4安装于同步带系统5的滑块上，并随其实现往复运动，使得具有复杂内腔管件内部的磁性磨粒在水平方向上往复运动；通过调节磁场发生装置3和同步带系统5使其内部磨料在两个垂直方向上往复运动的复合下从而实现对具有复杂内腔管件内表面的均匀研磨。

所述的磁场发生装置3包括导轨7、定位滑块8、支撑板9、调速电机10、电机固定架11、联轴器12、磁极盘13、磁铁组14、夹紧板15和连接板16，导轨7安装于升降台2的底部，定位滑块8安装于导轨7中，支撑板9通过连接板16和定位滑块8连接，调速电机10通过电机固定架11安装于支撑板9上，磁铁组14通过夹紧板15安装于磁极盘13上，磁极盘13通过联轴器12同调速电机10输出轴相连接；通过调整定位滑块8在导轨7上的位置，从而实现磁极头和具有复杂内腔管件之间加工间隙的调整；磁极盘13在调速电机10的驱动下高速旋转，从而在加工区域内每一点处形成磁感应强度强弱交替变化的磁场域；通过改变调速电机10的转速实现对加工区域内磁感应强度强弱交替频率的调节。

所述的支撑架6包括盖板17、导向轴18、底座19、工作台20，升降台2套装于导向轴18上，导向轴18的下端固定在底座19上，底座19安装在工作台20的一侧，手摇式丝杠系统1安装于盖板17上，丝杠穿过盖板17和升降台2相连接，丝杠上安装有手轮；通过转动手摇式丝杠系统1的手轮带动升降台2和磁场发生装置3的升降，从而实现磁场发生装置3在竖直方向上位置的微细调整。

所述的夹具系统4由夹紧座21、支撑座23、垫片22组成，夹具系统4安装于同步带系统5的滑块上；支撑座23底部和同步带系统5的滑块连接，夹紧座21安装于支撑座23上，螺钉挤压垫片22夹紧具有复杂内腔管件并且防止其内部磨料的泄露。

同步带水平方向的往复运动和磁力的吸引使得磨粒在水平方向上进行往复运动，磁极盘的旋转运动和磨粒自身重力作用使得磁性磨料在竖直方向上下往复运动，在两种往复运动的复合下，磁性磨粒对工件内表面研磨地更加均匀；磁极盘的旋转运动形成不断强弱变化的磁场，加工区域内每一点处的磁感应强度以类似正弦曲线的方式不断强弱交替，使得磁性磨粒的翻滚、碰撞、划擦更加剧烈，提高了加工效率。

本发明的技术方案之二是：

一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置和方法，包括以下步骤：

1）将适量的磁性磨料和研磨液装于工件内部，并将工件装夹于夹具系统4。

2）调节手摇式丝杠系统1的手轮，使得磁场发生装置3上磁铁组14的磁极头在竖直方向上达到合适的加工位置。

3）调节磁场发生装置3上的定位滑块8，使得磁铁组14的磁极头和工件之间具有合适的加工间隙。

4）先启动并调节调速电机10，使得磁极盘13的转速达到合适大小。然后启动并调节同步带系统5，使得夹具系统4在合适范围内水平往复运动。

5）磁性磨料在复合运动的作用下，不断地发生翻滚、碰撞、划擦，实现对工件内表面的研磨加工。

6）加工完成后，切断装置电源，取下工件并进行后处理。

本发明的有益效果是：

本发明具有制造成本低、操作简单方便、结构新颖、可靠性好的优点。

本发明利用磁极盘的旋转使得加工区域内每一处磁感应强度不断地发生强弱交替变化，提高了磁性磨粒的研磨效率和自锐性，使其翻滚、碰撞、划擦的更加剧烈。在磁极盘的旋转、磨粒自身重力以及同步带往复运动的复合作用下，使得磁性磨粒在水平方向和竖直方向上往复运动，使得研磨更加均匀、高效。

提高了磨粒的自锐性和研磨效率，利用两种往复运动的复合使得研磨更加高效、均匀。通过本磁力研磨装置的抛光，能够高效地将具有复杂内腔管件的内表面粗糙度从Ra10以上降至Ra2以下。装置结构简单、操作方便、易于控制、可靠性好。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是手摇式丝杠系统的示意图。

图3是磁场发生装置的示意图。

图4是磁极盘及组件的示意图。

图5是支撑架的示意图。

图6是夹具系统的示意图。

图中：1—手摇式丝杠系统、2—升降台、3—磁场发生装置、4—夹具系统、5—同步带系统、6—支撑架、7—导轨、8—定位滑块、9—支撑板、10—调速电机、11—电机固定架、12—联轴器、13—磁极盘、14—磁铁组、15—夹紧板、16—连接板、17—盖板、18—导向轴、19—底座、20—工作台、21—夹紧座、22—垫片、23—支撑座、24—具有复杂内腔管件（即工件）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体装置作进一步说明：

实施例一。

如图1-6所示。

一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置，它包括手摇式丝杠系统1由手轮、丝杠、丝杠螺母构成，购买方便），升降台2，磁场发生装置3（磁极盘、夹紧板可自行设计加工，磁铁购买方便），夹具系统4（对不同的待加工工件可自行设计），同步带系统5（由同步带、滑块、步进电机构成，购买方便），支撑架6，如图1所示：升降台2通过直线轴承套装于支撑架6上，手摇式丝杠系统1（如图2）通过轴承安装于支撑架6上并通过丝杠螺母和升降台2连接。通过转动手摇式丝杠系统1的手轮能够实现升降台2在竖直方向上的升降运动。磁场发生装置3通过导轨和滑块安装于升降台2底部，并能够随升降台2在竖直方向上进行升降调节。磁场发生装置3上的磁极盘高速旋转，使得具有复杂内腔管件（以下简称工件）内部的磁性磨粒群在竖直方向上下往复运动。同步带系统5安装于支撑架6的工作台20上，装夹工件的夹具系统4安装于同步带系统5的滑块上，并随其实现往复运动，使得工件内部的磁性磨粒在水平方向上往复运动。通过调节磁场发生装置3和同步带系统5使工件内部磨料在两个互相垂直方向上往复运动的复合下从而实现对工件内表面的均匀研磨。所述的磁场发生装置3如图3所示，它包括导轨7、定位滑块8、支撑板9、调速电机10、电机固定架11、联轴器12、磁极盘13、磁铁组14、夹紧板15和连接板16，导轨7安装于升降台2的底部，定位滑块8安装于导轨7中，支撑板9通过连接板16和定位滑块8连接，调速电机10通过电机固定架11安装于支撑板9上，磁铁组14通过夹紧板15安装于磁极盘13上（如图4所示），磁极盘13通过联轴器12同调速电机10输出轴相连接；通过调整定位滑块8在导轨7上的位置，从而实现磁极头和工件之间加工间隙的调整；磁极盘13在调速电机10的驱动下高速旋转，从而在加工区域内每一点处形成磁感应强度强弱交替变化的磁场域；通过改变调速电机10的转速实现对加工区域内磁感应强度强弱交替频率的调节。所述的支撑架6如图5所示，它包括盖板17、导向轴18、底座19、工作台20，升降台2套装于导向轴18上，导向轴18的下端固定在底座19上，底座19安装在工作台20的一侧，手摇式丝杠系统1安装于盖板17上，丝杠穿过盖板17和升降台2相连接，丝杠上安装有手轮；通过转动手摇式丝杠系统1的手轮（如图2）带动升降台2和磁场发生装置3的升降，从而实现磁场发生装置3在竖直方向上位置的微细调整。所述的夹具系统4如图6所示，它由夹紧座21、支撑座23、垫片22组成，夹具系统4安装于同步带系统5的滑块上；支撑座23底部和同步带系统5的滑块连接，夹紧座21安装于支撑座23上，螺钉挤压垫片22夹紧工件并且防止其内部磨料的泄露。

本发明的工作原理是：

磁场发生装置3的磁极盘13高速旋转，在加工区域形成不断变化的磁场。磁性磨粒在磁力和重力的作用下产生竖直方向上的往复运动。装夹工件的夹具系统4安装在同步带系统5的滑块上，工件随滑块在水平方向往复运动，工件内部磁性磨粒受磁力吸引在水平方向相对于工件进行往复运动。在两种方向往复运动的复合下，实现对工件内表面的高效光整加工。所述的磁场发生装置3包括导轨、直线滑块、支撑板、调速电机、电机固定架、联轴器、磁极盘、磁铁组、夹紧板、连接板。安装有磁铁组14的磁极盘13在调速电机10的驱动下高速旋转，从而在加工区域形成不断变化的磁场域。通过调节调速电机的转速实现磁感应强度变化频率的调节。所述的夹具系统4安装于同步带系统5的滑块上，由夹紧座21、支撑座23、垫片22组成。支撑座23底部和同步带系统5的滑块连接，夹紧座21安装于支撑座23上，利用螺钉和垫片22夹紧工件并且防止工件内部磨料的泄露。

实施例二。

一种具有复杂内腔管件的磁力研磨方法，包括以下步骤：

1）将合适比例的磁性磨料和研磨液装于工件内部，并将工件装夹于夹具系统4。

2）调节手摇式丝杠系统1的手轮，使得磁场发生装置3上磁铁组14的磁极头部达到合适的加工位置。

3）调节磁场发生装置3上的定位滑块8，确定合适的加工间隙。

6）加工结束后，切断装置电源，取下工件并进行后处理。

本发明通过磁极盘带动磁铁旋转，从而在加工区域产生不断变化的磁场，提高了磨粒的自锐性和研磨效率，利用两种往复运动的复合使得研磨更加高效、均匀。通过本发明磁力研磨装置的抛光，能够高效地将具有复杂内腔管件的内表面粗糙度从Ra10以上降至Ra2以下。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种具有复杂内腔管件的磁力研磨装置，其特征是：它包括手摇式丝杠系统（1），升降台（2），磁场发生装置（3），夹具系统（4），同步带系统（5）和支撑架（6）；升降台（2）通过直线轴承套装于支撑架（6）上，支撑架（6）安装在工作台（20）上；手摇式丝杠系统（1）安装于支撑架（6）上并通过丝杠螺母和升降台（2）连接；通过转动手摇式丝杠系统（1）能够实现升降台（2）在竖直方向上的升降；磁场发生装置（3）通过导轨和滑块安装于升降台（2）底部，并能够随升降台（2）在竖直方向上进行升降调节；磁场发生装置（3）上的磁极盘高速旋转，从而带动预置在具有复杂内腔管件内部的磁性磨粒在竖直方向上下往复运动；同步带系统（5）安装于支撑架（6）一侧的工作台（20）上，装夹着具有复杂内腔管件的夹具系统（4）安装于同步带系统（5）的滑块上，并随其实现往复运动，使得具有复杂内腔管件内部的磁性磨粒在水平方向上往复运动；通过调节磁场发生装置（3）和同步带系统（5）使其内部磨料在两个垂直方向上往复运动的复合下从而实现对具有复杂内腔管件内表面的均匀研磨。

2.根据权利要求1所述的具有复杂内腔管件的磁力研磨装置，其特征是：所述的磁场发生装置（3）包括导轨（7）、定位滑块（8）、支撑板（9）、调速电机（10）、电机固定架（11）、联轴器（12）、磁极盘（13）、磁铁组（14）、夹紧板（15）和连接板（16），导轨（7）安装于升降台（2）的底部，定位滑块（8）安装于导轨（7）中，支撑板（9）通过连接板（16）和定位滑块（8）连接，调速电机（10）通过电机固定架（11）安装于支撑板（9）上，磁铁组（14）通过夹紧板（15）安装于磁极盘（13）上，磁极盘（13）通过联轴器（12）同调速电机（10）输出轴相连接；通过调整定位滑块（8）在导轨（7）上的位置，从而实现磁极头和具有复杂内腔管件之间加工间隙的调整；磁极盘（13）在调速电机（10）的驱动下高速旋转，从而在加工区域内每一点处形成磁感应强度强弱交替变化的磁场域；通过改变调速电机（10）的转速实现对加工区域内磁感应强度强弱交替频率的调节。

3.根据权利要求1所述的具有复杂内腔管件的磁力研磨装置，其特征是：所述的支撑架（6）包括盖板（17）、导向轴（18）、底座（19）、工作台（20），升降台（2）套装于导向轴（18）上，导向轴（18）的下端固定在底座（19）上，底座（19）安装在工作台（20）的一侧，手摇式丝杠系统（1）安装于盖板（17）上，丝杠穿过盖板（17）和升降台（2）相连接，丝杠上安装有手轮；通过转动手摇式丝杠系统（1）的手轮带动升降台（2）和磁场发生装置（3）的升降，从而实现磁场发生装置（3）在竖直方向上位置的微细调整。

4.根据权利要求1所述的具有复杂内腔管件的磁力研磨装置，其特征是：所述的夹具系统（4）由夹紧座（21）、支撑座（23）、垫片（22）组成，夹具系统（4）安装于同步带系统（5）的滑块上；支撑座（23）底部和同步带系统（5）的滑块连接，夹紧座（21）安装于支撑座（23）上，螺钉挤压垫片（22）夹紧具有复杂内腔管件并且防止其内部磨料的泄露。

5.根据权利要求1所述的具有复杂内腔管件的磁力研磨装置，其特征是：同步带水平方向的往复运动和磁力的吸引使得磨粒在水平方向上进行往复运动，磁极盘的旋转运动和磨粒自身重力作用使得磁性磨料在竖直方向上下往复运动，在两种往复运动的复合下，磁性磨粒对工件内表面研磨地更加均匀；磁极盘的旋转运动形成不断强弱变化的磁场，加工区域内每一点处的磁感应强度以类似正弦曲线的方式不断强弱交替，使得磁性磨粒的翻滚、碰撞、划擦更加剧烈，提高了加工效率。

6.一种具有复杂内腔管件的磁力研磨方法，其特征是：包括以下步骤：

1）将适量的磁性磨料和研磨液装于具有复杂内腔管件内部，将具有复杂内腔管件装夹于夹具系统（4）上；

2）调节手摇式丝杠系统（1）的手轮，使得磁场发生装置（3）上磁铁组（14）的磁极头达到合适的加工位置；

3）调节磁场发生装置（3）上的定位滑块（8），使得磁铁组（14）的磁极头和具有复杂内腔管件之间具有合适的加工间隙。

4）先启动并调节调速电机（10），使得磁极盘（13）的转速达到合适大小；然后启动并调节同步带系统（5），使得夹具系统（4）在合适范围内水平往复运动；

5）磁性磨料在复合运动的作用下，不断地发生翻滚、碰撞、划擦，实现对工件内表面的研磨加工；

6）加工完成后，切断装置电源，取下工件并进行后处理。