CN113997188B - 一种精密管材电解与机械复合抛光装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于管材抛光技术领域，具体涉及一种精密管材电解与机械复合抛光装置及方法，一种精密管材电解与机械复合抛光装置，包括水平基座，在水平基座的中部固定设置有电解液槽，在电解液槽的两侧对称设置有收线装置，收线装置固定设置在水平基座上，在两侧的尼龙线之间共同连接有研磨头，在研磨头的一端连接有阴极丝，阴极丝的另一端与直流电源阴极连接，在电解液槽上方设置有滑台机构；工件夹持装置设置在滑台机构上，在滑台机构上还设置有电解阳极装置；本发明精密管材电解与机械复合抛光装置，不受材料硬度、强度及韧性的影响，在加工过程中电解蚀除作用与机械研磨作用相结合，使加工质量和效率得到提高，表面粗糙度降低。

Description

一种精密管材电解与机械复合抛光装置及方法
技术领域
本发明属于管材抛光技术领域，具体涉及一种精密管材电解与机械复合抛光装置及方法。
背景技术
随着工业技术的发展，国内外市场对精密无缝钢管的需求也越来越大，质量要求也越来越高。在食品加工、制药及化工设备中，物料输送管道都会使用不锈钢无缝圆管。在制药行业，对不锈钢圆管内表面的光洁度要求较高，一般要求内表面粗糙度在Ra0.4um以下，否则内表面容易残留污染物，使产品的无菌级别降低，影响成品的质量。目前，对管道进行内表面加工的方法可分为：机械研磨抛光、化学抛光、磨粒流抛光等。
机械研磨抛光往往对工件尺寸要求较为严格，由于研磨头的尺寸限制，该加工方法一般适用的可加工尺寸主要维持在直径10mm至500mm甚至更大的各种圆柱孔或管道，难以实现较大长径比的小口径管道的内表面抛光。
化学抛光与磨粒流抛光受研磨介质的影响较大，介质的密度、成分分布不均以及介质浸润时间长短，会造成抛光表面粗糙度不均匀，抛光过程中介质浓差极化、气泡及抛光沉淀物的作用会对工件内表面产生不可逆转的影响。
综上所述，我国对小口径特别是内径小于10mm的精密管道的抛光技术与工艺研究相对较少。
发明内容
本发明针对小直径、难加工工件内表面抛光效果较差的问题提供了一种精密管材电解与机械复合抛光装置及方法。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
一种精密管材电解与机械复合抛光装置，包括水平基座，在所述水平基座的中部固定设置有电解液槽，用于收集电解过程中的电解液，在所述电解液槽的两侧对称设置有收线装置，所述收线装置固定设置在水平基座上，用于收放尼龙线；在两侧的尼龙线之间共同连接有研磨头，所述研磨头用于对工件内部进行机械抛光，在所述研磨头的一端连接有阴极丝，所述阴极丝的另一端与直流电源阴极连接，在所述电解液槽上方设置有滑台机构，用于根据工件的长度调整工件夹持装置的夹持间距；所述工件夹持装置设置在滑台机构上，用于对工件进行夹持，并带动工件进行旋转；在所述滑台机构上还设置有电解阳极装置，所述电解阳极装置用于与工件相接触，在工作时，电解阳极装置与工件相接触，使得工件产生正离子，与电解液中的负离子发生氧化还原反应，达到电解抛光的目的。
进一步，所述滑台机构包括滑台基座、滑动台、丝杠和滑台固定装置，所述滑台基座固定设置在电解液槽的上端面，所述滑动台滑动设置在滑台基座上，且与丝杠螺纹连接，所述丝杠安装在滑台基座上，所述滑台固定装置安装在滑动台上，用于固定滑动台。
再进一步，所述滑台固定装置包括螺杆、法兰盘、锁紧螺母、橡胶块和手柄，所述法兰盘固定设置在滑动台的上表面，所述锁紧螺母固定设置在法兰盘的上表面，所述螺杆的下端与锁紧螺母螺纹连接，并穿过法兰盘和滑动台与橡胶块连接，所述橡胶块用于与滑台基座接触，从而实现对滑动台的固定，所述手柄固定连接在螺杆的上端。
更进一步，所述电解阳极装置包括碳刷和碳刷支架，所述碳刷支架固定设置在滑动台上，所述碳刷安装在碳刷支架上，且可以相对于碳刷支架做往复运动，以适应不同半径的工件，所述碳刷与直流电源阳极连接。
更进一步，所述工件夹持装置包括主动夹持装置和从动夹持装置，所述主动夹持装置包括主轴支架，所述主轴支架固定设置在滑台基座上，在所述主轴支架上设置有一号固定轴，在所述一号固定轴的内侧端设置有主动轴，所述主动轴与主轴支架转动连接，在所述主动轴的内侧端设置有主卡盘，在所述滑台基座上还设置有一号步进电机，所述一号步进电机通过带传动带动主动轴转动，所述一号固定轴、主动轴和主卡盘上均设置有电解液通道，在所述主轴支架的上端面开设有电解液进孔，所述电解液进孔与一号固定轴上的电解液通道连通；所述从动夹持装置包括从轴支架，所述从轴支架固定设置在滑动台上，在所述从轴支架上固定设置有二号固定轴，在所述二号固定轴的内侧端设置有从动轴，所述从动轴与从轴支架转动连接，在所述从动轴的内侧端设置有副卡盘，所述二号固定轴、从动轴与副卡盘上均设置有电解液通道，在所述从轴支架的下部设置有电解液出孔，所述电解液出孔与所述二号固定轴上的电解液通道连通；在所述一号固定轴和二号固定轴的外侧端面上均螺纹连接有闭口塞，用于封闭一号固定轴和二号固定轴上的电解液通道，在所述闭口塞上设置有用于通过尼龙线的通孔。
更进一步，所述研磨头包括铜质内芯一、铜质内芯二、弹性材料层和尼龙材料层，所述铜质内芯一和铜质内芯二均呈圆棒状，且相互之间通过螺纹连接在一起，所述弹性材料层包裹在铜质内芯一和铜质内芯二的外表面，所述尼龙材料层包裹在弹性材料层的外表面，在所述铜质内芯一和铜质内芯二的外端面均设置有螺纹连接孔，以便于通过螺丝使两侧的尼龙线分别与铜质内芯一和铜质内芯二连接在一起。
更进一步，所述收线装置包括固定设置在水平基座上的收线槽，在所述收线槽内设置有收线轴，所述尼龙线缠绕设置在收线轴上，所述收线轴与二号步进电机的输出轴连接，所述二号步进电机安装在水平基座上，在所述收线槽的上方设置有导轮，用于为尼龙线提供支撑，并对其进行导向，所述导轮的上象限点位于工件轴线的延长线上。
更进一步，在所述电解液槽的后面设置有一号挡板，在所述水平基座前表面的两侧设置有二号挡板，在所述水平基座上设置有盖合式箱体，所述一号挡板、二号挡板和盖合式箱体均用于防止电解液飞溅。
更进一步，所述导轮安装在三号固定轴上，所述三号固定轴安装在一号挡板和二号挡板之间。
一种精密管材电解与机械复合抛光方法，包括以下步骤：
步骤1，将待抛光的工件夹持于主卡盘上，将铜质内芯一与铜质内芯二连接在一起，之后将弹性材料层和尼龙材料层包裹在连接之后的铜质内芯一和铜质内芯二上，并送入工件内部，再将铜质内芯一和铜质内芯二的外端面分别与两侧的尼龙线连接，调节滑动台至合适位置，将副卡盘与工件固定，最后旋转手柄使得橡胶块与滑台基座摩擦紧固；
步骤2，启动电解液开关阀，从电解液进孔通入电解液，使电解液流入工件内孔，并从电解液出孔流出到电解液槽中，使得研磨头完全被电解液浸润；
步骤3，启动一号步进电机，一号步进电机输出端通过带传动带动主动轴和主卡盘转动，从而使工件以一定转速转动，同时使碳刷与工件接触；
步骤4，启动二号步进电机开关，研磨头在尼龙线的拉伸作用下相对于工件作纵向往复运动，同时打开电解电源开关，使研磨头对管件内壁同时进行机械电解抛光。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明精密管材电解与机械复合抛光装置，不受材料硬度、强度及韧性的影响，在加工过程中电解蚀除作用与机械研磨作用相结合，使加工质量和效率得到提高，表面粗糙度降低。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明E-E截面的剖视图；
图3为本发明滑台固定装置的结构示意图；
图4为本发明主动夹持装置的剖视图；
图5为本发明从动夹持装置的剖视图；
图6为本发明研磨头的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
如图1至图6所示，一种精密管材电解与机械复合抛光装置，包括水平基座1，在所述水平基座1前表面的两侧设置有二号挡板34，在所述水平基座1上设置有盖合式箱体35，在所述水平基座1的中部固定设置有电解液槽2，用于收集电解过程中的电解液，在所述电解液槽2的后面设置有一号挡板33，所述一号挡板33、二号挡板34和盖合式箱体35均用于防止电解液飞溅，在所述电解液槽2的两侧对称设置有收线装置，所述收线装置固定设置在水平基座1上，用于收放尼龙线3；在两侧的尼龙线3之间共同连接有研磨头4，所述研磨头4用于对工件5内部进行机械抛光，在所述研磨头4的一端连接有阴极丝37，所述阴极丝37的另一端与直流电源阴极连接，在所述电解液槽2上方设置有滑台机构，用于根据工件5的长度调整工件夹持装置的夹持间距；所述工件夹持装置设置在滑台机构上，用于对工件5进行夹持，并带动工件5进行旋转；在所述滑台机构上还设置有电解阳极装置，所述电解阳极装置用于与工件5相接触，在工作时，电解阳极装置与工件5相接触，使得工件5产生正离子，与电解液中的负离子发生氧化还原反应，达到电解抛光的目的。
所述滑台机构包括滑台基座6、滑动台7、丝杠8和滑台固定装置，所述滑台基座6固定设置在电解液槽2的上端面，所述滑动台7滑动设置在滑台基座6上，且与丝杠8螺纹连接，所述丝杠8安装在滑台基座6上，所述滑台固定装置安装在滑动台7上，用于固定滑动台7；所述滑台固定装置包括螺杆9、法兰盘10、锁紧螺母11、橡胶块12和手柄13，所述法兰盘10固定设置在滑动台7的上表面，所述锁紧螺母11固定设置在法兰盘10的上表面，所述螺杆9的下端与锁紧螺母11螺纹连接，并穿过法兰盘10和滑动台7与橡胶块12连接，所述橡胶块12用于与滑台基座6接触，从而实现对滑动台7的固定，所述手柄13固定连接在螺杆9的上端。
所述电解阳极装置包括碳刷14和碳刷支架15，所述碳刷支架15固定设置在滑动台7上，所述碳刷14安装在碳刷支架15上，且可以相对于碳刷支架15做往复运动，以适应不同半径的工件5，例如碳刷14通过弹簧安装在碳刷支架15上，所述碳刷14与直流电源阳极连接。
所述工件夹持装置包括主动夹持装置和从动夹持装置，所述主动夹持装置包括主轴支架16，所述主轴支架16固定设置在滑台基座6上，在所述主轴支架16上设置有一号固定轴17，在所述一号固定轴17的内侧端设置有主动轴18，所述主动轴18与主轴支架16转动连接，在所述主动轴18的内侧端设置有主卡盘19，在所述滑台基座6上还设置有一号步进电机20，所述一号步进电机20通过带传动带动主动轴18转动，所述一号固定轴17、主动轴18和主卡盘19上均设置有电解液通道21，在所述主轴支架16的上端面开设有电解液进孔22，所述电解液进孔22与一号固定轴17上的电解液通道21连通；所述从动夹持装置包括从轴支架24，所述从轴支架24固定设置在滑动台7上，在所述从轴支架24上固定设置有二号固定轴25，在所述二号固定轴25的内侧端设置有从动轴26，所述从动轴26与从轴支架24转动连接，在所述从动轴26的内侧端设置有副卡盘27，所述二号固定轴25、从动轴26与副卡盘27上均设置有电解液通道21，在所述从轴支架24的下部设置有电解液出孔28，所述电解液出孔28与所述二号固定轴25上的电解液通道21连通；在所述一号固定轴17和二号固定轴25的外侧端面上均螺纹连接有闭口塞23，用于封闭一号固定轴17和二号固定轴25上的电解液通道21，在所述闭口塞23上设置有用于通过尼龙线3的通孔。
所述研磨头4包括铜质内芯一401、铜质内芯二402、弹性材料层403和尼龙材料层404，所述铜质内芯一401和铜质内芯二402均呈圆棒状，且相互之间通过螺纹连接在一起，所述弹性材料层403包裹在铜质内芯一401和铜质内芯二402的外表面，所述尼龙材料层404包裹在弹性材料层403的外表面，在所述铜质内芯一401和铜质内芯二402的外端面均设置有螺纹连接孔，以便于通过螺丝使两侧的尼龙线3分别与铜质内芯一401和铜质内芯二402连接在一起。
所述收线装置包括固定设置在水平基座1上的收线槽29，在所述收线槽29内设置有收线轴30，所述尼龙线3缠绕设置在收线轴30上，所述收线轴30与二号步进电机31的输出轴连接，所述二号步进电机31安装在水平基座1上，在所述收线槽29的上方设置有导轮32，用于为尼龙线3提供支撑，并对其进行导向，所述导轮32的上象限点位于工件5轴线的延长线上；所述导轮32安装在三号固定轴36上，所述三号固定轴36安装在一号挡板33和二号挡板34之间。
一种精密管材电解与机械复合抛光方法，包括以下步骤：
步骤1，将待抛光的工件5夹持于主卡盘19上，将铜质内芯一401与铜质内芯二402连接在一起，之后将弹性材料层403和尼龙材料层404包裹在连接之后的铜质内芯一401和铜质内芯二402上，并送入工件5内部，再将铜质内芯一401和铜质内芯二402的外端面分别与两侧的尼龙线3连接，调节滑动台7至合适位置，将副卡盘27与工件5固定，最后旋转手柄13使得橡胶块12与滑台基座6摩擦紧固；
步骤2，启动电解液开关阀，从电解液进孔22通入电解液，使电解液流入工件5内孔，并从电解液出孔28流出到电解液槽2中，使得研磨头4完全被电解液浸润；
步骤3，启动一号步进电机20，一号步进电机20输出端通过带传动带动主动轴18和主卡盘19转动，从而使工件5以一定转速转动，同时使碳刷14与工件5接触；
步骤4，启动二号步进电机31开关，研磨头4在尼龙线3的拉伸作用下相对于工件5作纵向往复运动，同时打开电解电源开关，使研磨头4对管件内壁同时进行机械电解抛光。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种精密管材电解与机械复合抛光装置，其特征在于：包括水平基座(1)，在所述水平基座(1)的中部固定设置有电解液槽(2)，用于收集电解过程中的电解液，在所述电解液槽(2)的两侧对称设置有收线装置，所述收线装置固定设置在水平基座(1)上，用于收放尼龙线(3)；在两侧的尼龙线(3)之间共同连接有研磨头(4)，所述研磨头(4)用于对工件(5)内部进行机械抛光，在所述研磨头(4)的一端连接有阴极丝(37)，所述阴极丝(37)的另一端与直流电源阴极连接，在所述电解液槽(2)上方设置有滑台机构，用于根据工件(5)的长度调整工件夹持装置的夹持间距；所述工件夹持装置设置在滑台机构上，用于对工件(5)进行夹持，并带动工件(5)进行旋转；在所述滑台机构上还设置有电解阳极装置，所述电解阳极装置用于与工件(5)相接触，在工作时，电解阳极装置与工件(5)相接触，使得工件(5)产生正离子，与电解液中的负离子发生氧化还原反应，达到电解抛光的目的；
所述工件夹持装置包括主动夹持装置和从动夹持装置，所述主动夹持装置包括主轴支架(16)，所述主轴支架(16)固定设置在滑台基座(6)上，在所述主轴支架(16)上设置有一号固定轴(17)，在所述一号固定轴(17)的内侧端设置有主动轴(18)，所述主动轴(18)与主轴支架(16)转动连接，在所述主动轴(18)的内侧端设置有主卡盘(19)，在所述滑台基座(6)上还设置有一号步进电机(20)，所述一号步进电机(20)通过带传动带动主动轴(18)转动，所述一号固定轴(17)、主动轴(18)和主卡盘(19)上均设置有电解液通道(21)，在所述主轴支架(16)的上端面开设有电解液进孔(22)，所述电解液进孔(22)与一号固定轴(17)上的电解液通道(21)连通；所述从动夹持装置包括从轴支架(24)，所述从轴支架(24)固定设置在滑动台(7)上，在所述从轴支架(24)上固定设置有二号固定轴(25)，在所述二号固定轴(25)的内侧端设置有从动轴(26)，所述从动轴(26)与从轴支架(24)转动连接，在所述从动轴(26)的内侧端设置有副卡盘(27)，所述二号固定轴(25)、从动轴(26)与副卡盘(27)上均设置有电解液通道(21)，在所述从轴支架(24)的下部设置有电解液出孔(28)，所述电解液出孔(28)与所述二号固定轴(25)上的电解液通道(21)连通；在所述一号固定轴(17)和二号固定轴(25)的外侧端面上均螺纹连接有闭口塞(23)，用于封闭一号固定轴(17)和二号固定轴(25)上的电解液通道(21)，在所述闭口塞(23)上设置有用于通过尼龙线(3)的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种精密管材电解与机械复合抛光装置，其特征在于：所述滑台机构包括滑台基座(6)、滑动台(7)、丝杠(8)和滑台固定装置，所述滑台基座(6)固定设置在电解液槽(2)的上端面，所述滑动台(7)滑动设置在滑台基座(6)上，且与丝杠(8)螺纹连接，所述丝杠(8)安装在滑台基座(6)上，所述滑台固定装置安装在滑动台(7)上，用于固定滑动台(7)。
3.根据权利要求2所述的一种精密管材电解与机械复合抛光装置，其特征在于：所述滑台固定装置包括螺杆(9)、法兰盘(10)、锁紧螺母(11)、橡胶块(12)和手柄(13)，所述法兰盘(10)固定设置在滑动台(7)的上表面，所述锁紧螺母(11)固定设置在法兰盘(10)的上表面，所述螺杆(9)的下端与锁紧螺母(11)螺纹连接，并穿过法兰盘(10)和滑动台(7)与橡胶块(12)连接，所述橡胶块(12)用于与滑台基座(6)接触，从而实现对滑动台(7)的固定，所述手柄(13)固定连接在螺杆(9)的上端。
4.根据权利要求3所述的一种精密管材电解与机械复合抛光装置，其特征在于：所述电解阳极装置包括碳刷(14)和碳刷支架(15)，所述碳刷支架(15)固定设置在滑动台(7)上，所述碳刷(14)安装在碳刷支架(15)上，且可以相对于碳刷支架(15)做往复运动，以适应不同半径的工件(5)，所述碳刷(14)与直流电源阳极连接。
5.根据权利要求4所述的一种精密管材电解与机械复合抛光装置，其特征在于：所述研磨头(4)包括铜质内芯一(401)、铜质内芯二(402)、弹性材料层(403)和尼龙材料层(404)，所述铜质内芯一(401)和铜质内芯二(402)均呈圆棒状，且相互之间通过螺纹连接在一起，所述弹性材料层(403)包裹在铜质内芯一(401)和铜质内芯二(402)的外表面，所述尼龙材料层(404)包裹在弹性材料层(403)的外表面，在所述铜质内芯一(401)和铜质内芯二(402)的外端面均设置有螺纹连接孔，以便于通过螺丝使两侧的尼龙线(3)分别与铜质内芯一(401)和铜质内芯二(402)连接在一起。
6.根据权利要求5所述的一种精密管材电解与机械复合抛光装置，其特征在于：所述收线装置包括固定设置在水平基座(1)上的收线槽(29)，在所述收线槽(29)内设置有收线轴(30)，所述尼龙线(3)缠绕设置在收线轴(30)上，所述收线轴(30)与二号步进电机(31)的输出轴连接，所述二号步进电机(31)安装在水平基座(1)上，在所述收线槽(29)的上方设置有导轮(32)，用于为尼龙线(3)提供支撑，并对其进行导向，所述导轮(32)的上象限点位于工件(5)轴线的延长线上。
7.根据权利要求6所述的一种精密管材电解与机械复合抛光装置，其特征在于：在所述电解液槽(2)的后面设置有一号挡板(33)，在所述水平基座(1)前表面的两侧设置有二号挡板(34)，在所述水平基座(1)上设置有盖合式箱体(35)，所述一号挡板(33)、二号挡板(34)和盖合式箱体(35)均用于防止电解液飞溅。
8.根据权利要求7所述的一种精密管材电解与机械复合抛光装置，其特征在于：所述导轮(32)安装在三号固定轴(36)上，所述三号固定轴(36)安装在一号挡板(33)和二号挡板(34)之间。
9.基于权利要求8所述抛光装置的一种精密管材电解与机械复合抛光方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将待抛光的工件(5)夹持于主卡盘(19)上，将铜质内芯一(401)与铜质内芯二(402)连接在一起，之后将弹性材料层(403)和尼龙材料层(404)包裹在连接之后的铜质内芯一(401)和铜质内芯二(402)上，并送入工件(5)内部，再将铜质内芯一(401)和铜质内芯二(402)的外端面分别与两侧的尼龙线(3)连接，调节滑动台(7)至合适位置，将副卡盘(27)与工件(5)固定，最后旋转手柄(13)使得橡胶块(12)与滑台基座(6)摩擦紧固；
步骤2，启动电解液开关阀，从电解液进孔(22)通入电解液，使电解液流入工件(5)内孔，并从电解液出孔(28)流出到电解液槽(2)中，使得研磨头(4)完全被电解液浸润；
步骤3，启动一号步进电机(20)，一号步进电机(20)输出端通过带传动带动主动轴(18)和主卡盘(19)转动，从而使工件(5)以一定转速转动，同时使碳刷(14)与工件(5)接触；
步骤4，启动二号步进电机(31)开关，研磨头(4)在尼龙线(3)的拉伸作用下相对于工件(5)作纵向往复运动，同时打开电解电源开关，使研磨头(4)对管件内壁同时进行机械电解抛光。
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