CN113736968A - 一种孔内槽内壁表面抛光装置及其抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种孔内槽内壁表面抛光装置及其抛光方法，该装置包括上活塞、下外活塞、下内活塞、喷嘴机构和驱动机构，上活塞设置于孔内槽的上端，下外活塞和下内活塞设置于孔内槽的下端，上活塞与孔内槽的上端孔内壁紧密贴合，形成第一腔体，下外活塞的外壁与孔内槽的下端孔内壁紧密贴合，形成第二腔体，上活塞上设有连通至第一腔体的注水孔，下外活塞的顶端还设有若干单向阀，喷嘴机构设置于下外活塞上，且喷嘴位于孔内槽中，驱动机构驱动下内活塞上下运动，使得孔内槽的液体压力交变产生空化，复合喷嘴产生水射流，将空化射流均匀的喷射至孔内槽的各个位置，从而提高孔内槽的表面质量。

Description

一种孔内槽内壁表面抛光装置及其抛光方法

技术领域

本发明涉及零件孔内槽表面抛光及加工制造领域，尤其涉及一种孔内槽内壁表面抛光装置及其抛光方法。

背景技术

随着科技的进步与发展，大量复杂形状的零部件在航空航天、精密仪器、军工设备等诸多领域得到广泛的应用。孔内槽作为较为复杂的加工对象，在加工过后往往伴随毛刺、表面质量差等问题。这些问题直接影响到零部件的服役性能乃至整个设备的质量，因此需要对加工后的零部件进行表面强化处理。

目前，磨料流加工、电化学加工等加工方法能够对孔内槽进行进一步的抛光后处理。然而，上述加工方式对于孔内槽具有一定的局限性。其中磨料流加工过程中，磨料流流动性较差，在内槽中易团聚，导致加工效果不均匀，电化学加工虽然能够实现在孔内槽的流动，但是易损伤内壁，且加工精度难以精确控制。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种孔内槽内壁表面抛光装置，能够提高孔内槽的表面质量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种孔内槽内壁表面抛光装置，包括：上活塞、下外活塞、下内活塞、喷嘴机构、工件夹具和驱动机构；

加工工件安装于工件夹具上，加工工件上设有孔内槽，所述上活塞设置于孔内槽的上端，所述下外活塞和所述下内活塞设置于孔内槽的下端，所述下内活塞位于所述下外活塞的内部，所述上活塞与孔内槽的上端孔内壁紧密贴合，所述下外活塞的外壁与孔内槽的下端孔内壁紧密贴合，所述上活塞、下外活塞与孔内槽形成密闭的第一腔体，所述下外活塞内壁与所述下内活塞紧密贴合，所述下外活塞内壁与所述下内活塞形成第二腔体，初始状态时，所述第二腔体的容积为零；

所述上活塞上设有连通至第一腔体的注水孔，所述喷嘴机构安装于所述下外活塞的顶端，所述喷嘴机构中的喷嘴位于第一腔体内，第二腔体内的液体能够达到喷嘴中，所述下外活塞的顶端还设有若干单向阀，所述单向阀使得液体能够从第一腔体流入至第二腔体内；

所述驱动机构能够驱动所述下内活塞上下运动。

优选的，所述喷嘴机构包括通水管和喷嘴帽，所述通水管的底端口与第二腔体连通，顶端位于第一腔体内，且安装有喷嘴帽，所述喷嘴帽上设有若干喷嘴。

优选的，所述喷嘴帽为立方体结构，所述喷嘴帽能够绕所述通水管的中心轴线旋转，在所述喷嘴帽的四个外侧壁上均设有所述喷嘴，且若干所述喷嘴均偏于所在外侧壁的中心线的同侧。

优选的，所述喷嘴机构包括异形喷嘴，所述异性喷嘴安装于所述下外活塞的顶端，所述下外活塞的顶端设有第一通孔，所述异性喷嘴中设有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔连通，所述异性喷嘴的外壁上设有若干喷孔，所述喷孔与所述第二通孔连通，所述异形喷嘴的外壁形状与孔内槽的内壁面形状相同。

优选的，所述驱动机构包括连杆、齿盘、蜗杆和驱动电机，所述连杆一端与所述下内活塞的底端连接，另一端与蜗轮连接，所述涡轮与蜗杆啮合，所述驱动电机驱动蜗杆，使得所述下内活塞上下往复运动。

优选的，还包括控制单元，所述控制单元与所述驱动电机连接

优选的，还包括定位机构，所述定位机构包括上升降台和下升降台，所述上升降台与上活塞连接，控制上活塞升降，所述下升降台与下外活塞连接，控制下外活塞升降。

优选的，所述上升降台和所述下升降台均为可控式丝杆升降台。

本发明还提供了一种应用孔内槽内壁表面抛光装置的抛光方法，包括：

步骤A：将加工工件安装于工件夹具上；

步骤B：控制单元控制定位机构，使得上活塞定位在孔内槽上端，下外活塞定位在孔内槽下端；

步骤C：控制单元控制驱动电机使下内活塞与下外活塞下壁紧密贴合，打开注水孔，向第一腔体中注水，水位至上活塞的下端面；

步骤D：控制单元控制驱动电机，下内活塞由最高位置向下移动直至最低位置，第一腔体内液体流入至第二腔体内，同时，第一腔体开始析出气体；

步骤E：控制单元控制驱动电机，下内活塞由最低位置向最高位置移动，下内活塞推动液体运动产生空化射流射入到孔内槽的壁面，同时，第一腔体内压力持续上升，将析出气体压缩实现容积交变；

步骤F：重复步骤D和步骤E，直至加工完成。

本发明的有益效果：

1)本发明利用了液体压力交变产生空化的原理，复合喷嘴产生水射流，将空化射流均匀的喷射至孔内槽的各个位置，特别包括内槽上下壁与两个面交接的角落处，可以实现对整个孔内槽表面均匀且无盲点强化。

2)本发明利用上活塞和下活塞独立运动的方式，主动定位零件内槽位置，杜绝了在加工过程中影响了零件其他区域的表面质量，尤其适用对孔内各种位置槽内壁表面质量的精准强化。

3)本发明中的介质可以为普通自来水，且不会产生二次污染，因此具有加工成本低廉、绿色环保等显著优势，且可以广泛的应用于孔内各种位置的内槽表面强化。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种孔内槽内壁表面抛光装置的结构示意图一；

图2为根据本发明实施例的一种孔内槽内壁表面抛光装置的结构示意图二；

图3是图1中下外活塞和下内活塞剖视放大图；

图4是图2中下外活塞和下内活塞剖视放大图；

图5是图3中喷嘴帽放大图；

图6是图5中喷嘴内部结构剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种孔内槽内壁表面抛光装置。

实施例1

请参阅图1至图6，根据本发明实施例的一种孔内槽内壁表面抛光装置，包括上活塞1、下外活塞3、下内活塞4、喷嘴机构、工件夹具10、驱动机构、定位机构和箱体2。

工件夹具10位于箱体2内，加工工件9安装于工件夹具10上，加工工件9上设有待抛光处理的孔内槽。

上活塞1设置于孔内槽的上端，下外活塞3和下内活塞4设置于孔内槽的下端，下内活塞4位于下外活塞3的内部，上活塞1与孔内槽的上端孔内壁紧密贴合，下外活塞3的外壁与孔内槽的下端孔内壁紧密贴合，上活塞1、下外活塞3与孔内槽形成密闭的第一腔体，下外活塞3内壁与下内活塞4紧密贴合，下外活塞3内壁与下内活塞4形成第二腔体，初始状态时，第二腔体的容积为零，即下外活塞3的顶端内壁与下内活塞4的顶端外壁紧密贴哈。

上活塞1上设有连通至第一腔体的注水孔，可向第一腔体内注入水介质。喷嘴机构安装于下外活塞3的顶端，喷嘴机构中的喷嘴位于第一腔体内，第二腔体内的液体能够达到喷嘴中，下外活塞3的顶端还设有若干单向阀303，单向阀303使得液体仅能够由第一腔体流入至第二腔体内。

本实例的中喷嘴机构包括通水管301和喷嘴帽401，通水管301的底部端口与第二腔体连通，顶端位于第一腔体内，且安装有喷嘴帽401，喷嘴帽401为立方体结构，喷嘴帽401能够绕通水管301的中心轴线旋转，在喷嘴帽401的四个外侧壁上均设有喷嘴，且若干喷嘴均偏于所在外侧壁的中心线的同侧，这样在水的惯性的带动下喷嘴帽401会自发地旋转。

驱动机构包括连杆5、齿盘6、蜗杆7、控制单元13和驱动电机14，连杆5一端与下内活塞4的底端可转动连接，另一端与蜗轮6可转动连接，蜗轮6的转动中心与连杆5另一端的转动中心偏心设置，涡轮6与蜗杆7啮合，驱动电机14驱动蜗杆7，驱动电机14固定于外箱2上，控制单元13控制驱动电机14转速以及转停，从而控制内活塞4的上下运动。

定位机构包括上升降台8、下升降台12和控制单元13，上升降台8为可控式丝杆升降台，上升降台8的台面通过螺栓与上活塞1外端相连，上升降台8的下端通过螺栓固定于外箱2上，下升降台12为可控式丝杠升降台，下升降台12的台面通过螺栓与下外活塞3外端相连，下升降台12的下端通过螺栓固定于外箱2上，控制单元13控制上升降台8与下升降台12位移。

根据本实施例的一种孔内槽内壁表面抛光装置的工作过程：

先将加工工件9置于工作平台11上的工件夹具10上并夹紧，然后将下外活塞3和下内活塞44插入工件孔的下端，此时控制单元13调整下升降台12确定下外活塞3的位置使得下外活塞3顶端刚好与加工工件9孔内槽下端对齐并保持固定，控制单元13控制驱动电机14将下内活塞44顶壁与下外活塞3底壁刚好紧密贴合，此时下内活塞44的行程最小。接下来，控制单元13调整上升降台8使得上活塞1的下端与工件孔内槽上端对齐并保持固定，打开上活塞1的注水孔，向第一腔体中注水至水位刚好到达上活塞1下端，关闭注水孔。

由控制单元13控制驱动电机14带动蜗杆7旋转，从而驱动齿盘6与连杆5使得下内活塞44实现往复运动，下内活塞44先由最小行程处向最大行程处进行位移，此时第一腔体中的水在重力和压力的作用下由单向阀303迅速向下移动进入下内活塞44与下外活塞3形成的空间中，接着下内活塞44再由最大行程处向最小行程处运动，由于单向阀303的存在，水只能从通水管301下端的孔处进入喷嘴帽401喷出，使得第一腔体内液面上升，且喷嘴帽401始终是淹没在水介质中，喷嘴帽401上的喷嘴是斜向对称的，在水的惯性的带动下会自发地旋转，在此过程中喷嘴帽401随着下内活塞44的运动不停旋转和向上位移，喷嘴扫射区域不断覆盖整个内槽各个壁面，且此时由于液体压力变大，体积变大时析出来的气泡在水射流的带动下在近壁面发生溃灭，产生的微射流对壁面进行柔性锤击，达到喷丸的效果，实现强化孔内槽的表面质量。如此反复整个过程，在加工既定的工时后，控制单元13控制停止驱动电机14，控制单元13控制上升降台8与下升降台12将上活塞1和下外活塞3从加工工件9中移出，旋松工件夹具10取出加工工件9。

实施例2

本实施例中除喷嘴机构与实施例1不同外，其余结构均与实施例1相同。

本实施例中的喷嘴机构包括异形喷嘴1301，异性喷嘴1301安装于下外活塞3的顶端，下外活塞3的顶端设有第一通孔，异性喷嘴1301中设有第二通孔，第二通孔与第一通孔连通，异性喷嘴1301的外壁上设有若干喷孔，喷孔与第二通孔连通，异形喷嘴1301的外壁形状与孔内槽的内壁面形状相同，可以对异形内槽壁面进行均匀加工，在容积交变的条件下第一腔体内产生空化效应，又在异形喷嘴1301产生的空化水射流的带动下，空化气泡在贴近壁面的位置发生溃灭，所产生的微射流会对壁面进行锤击达到强化表面质量的效果。

应用上述任意一个实施例的一种孔内槽内壁表面抛光装置的抛光方法，包括如下步骤：

步骤A：将加工工件9置于工件夹具10上，调整夹具以限定必要的自由度，并夹紧；

步骤B：控制单元13控制上升降台8工作，使上活塞1定位在孔内槽的上端位，控制单元13控制下升降台12移动，使下外活塞3定位在孔内槽下端位；

步骤C：控制单元13控制驱动电机14使下内活塞4与下外活塞3下壁紧密贴合，即下内活塞4位于行程最小处，打开上活塞1小孔，向内槽中注水至刚好没过上活塞1下端面；

步骤D：控制单元13控制驱动电机14，使下内活塞4向行程最大处进行位移，第一腔体内的液体由于重力通过单向阀303向第二腔体中流动，同时，第一腔体内密闭空间体积变大，密闭空间内压力持续降低至液体内部压力小于饱和蒸气压，开始析出气体；

步骤E：控制单元13控制驱动电机14，下内活塞4由行程最大处向行程最小处进行位移，下内活塞4推动液体运动产生空化射流射入到加工工件9内槽壁面，同时，加工工件9槽内压力持续上升，将析出气体压缩实现容积交变；

步骤F：重复步骤D和步骤E，直至加工完成。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种孔内槽内壁表面抛光装置，其特征在于，包括：上活塞(1)、下外活塞(3)、下内活塞(4)、喷嘴机构、工件夹具(10)和驱动机构；

加工工件(9)安装于工件夹具(10)上，加工工件(9)上设有孔内槽，所述上活塞(1)设置于孔内槽的上端，所述下外活塞(3)和所述下内活塞(4)设置于孔内槽的下端，所述下内活塞(4)位于所述下外活塞(3)的内部，所述上活塞(1)与孔内槽的上端孔内壁紧密贴合，所述下外活塞(3)的外壁与孔内槽的下端孔内壁紧密贴合，所述上活塞(1)、下外活塞(3)与孔内槽形成密闭的第一腔体，所述下外活塞(3)内壁与所述下内活塞(4)紧密贴合，所述下外活塞(3)内壁与所述下内活塞(4)形成第二腔体，初始状态时，所述第二腔体的容积为零；

所述上活塞(1)上设有连通至第一腔体的注水孔，所述喷嘴机构安装于所述下外活塞(3)的顶端，所述喷嘴机构中的喷嘴位于第一腔体内，第二腔体内的液体能够达到喷嘴中，所述下外活塞(3)的顶端还设有若干单向阀(303)，所述单向阀(303)使得液体能够从第一腔体流入至第二腔体内；

所述驱动机构能够驱动所述下内活塞(4)上下运动。

2.根据权利要求1所述的孔内槽内壁表面抛光装置，其特征在于，所述喷嘴机构包括通水管(301)和喷嘴帽(401)，所述通水管(301)的底部端口与第二腔体连通，顶端位于第一腔体内，且安装有喷嘴帽(401)，所述喷嘴帽(401)上设有若干喷嘴。

3.根据权利要求2所述的孔内槽内壁表面抛光装置，其特征在于，所述喷嘴帽(401)为立方体结构，所述喷嘴帽(401)能够绕所述通水管(301)的中心轴线旋转，在所述喷嘴帽(401)的四个外侧壁上均设有所述喷嘴，且若干所述喷嘴均偏于所在外侧壁的中心线的同侧。

4.根据权利要求1所述的孔内槽内壁表面抛光装置，其特征在于，所述喷嘴机构包括异形喷嘴(1301)，所述异性喷嘴(1301)安装于所述下外活塞(3)的顶端，所述下外活塞(3)的顶端设有第一通孔，所述异性喷嘴(1301)中设有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔连通，所述异性喷嘴(1301)的外壁上设有若干喷孔，所述喷孔与所述第二通孔连通，所述异形喷嘴(1301)的外壁形状与孔内槽的内壁面形状相同。

5.根据权利要求1所述的孔内槽内壁表面抛光装置，其特征在于，所述驱动机构包括连杆(5)、齿盘(6)、蜗杆(7)和驱动电机(14)，所述连杆(5)的一端与所述下内活塞(4)的底端连接，另一端与蜗轮(6)连接，所述涡轮(6)与蜗杆(7)啮合，所述驱动电机(14)驱动蜗杆(7)，使得所述下内活塞(4)上下往复运动。

6.根据权利要求5所述的孔内槽内壁表面抛光装置，其特征在于，还包括控制单元(13)，所述控制单元(13)与所述驱动电机(14)连接。

7.根据权利要求1所述的孔内槽内壁表面抛光装置，其特征在于，还包括定位机构，所述定位机构包括上升降台(8)和下升降台(12)，所述上升降台(8)与上活塞(1)连接，控制上活塞(1)升降，所述下升降台(12)与下外活塞(3)连接，控制下外活塞(3)升降。

8.根据权利要求1所述的孔内槽内壁表面抛光装置，其特征在于，所述上升降台(8)和所述下升降台(12)均为可控式丝杆升降台。

9.一种应用权利1-8任意一项所述的孔内槽内壁表面抛光装置的抛光方法，其特征在于，包括：

步骤A：将加工工件(9)安装于工件夹具(10)上；

步骤B：控制单元(13)控制定位机构，使得上活塞(1)定位在孔内槽上端，下外活塞(3)定位在孔内槽下端；

步骤C：控制单元(13)控制驱动电机(14)使下内活塞(4)与下外活塞(3)下壁紧密贴合，打开注水孔，向第一腔体中注水，水位至上活塞(1)的下端面；

步骤D：控制单元(13)控制驱动电机(14)，下内活塞(4)由最高位置向下移动直至最低位置，第一腔体内液体流入至第二腔体内，同时，第一腔体开始析出气体；

步骤E：控制单元(13)控制驱动电机(14)，下内活塞(4)由最低位置向最高位置移动，下内活塞(4)推动液体运动产生空化射流射入到孔内槽的壁面，同时，第一腔体内压力持续上升，将析出气体压缩实现容积交变；

步骤F：重复步骤D和步骤E，直至加工完成。

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