CN114921842B - 一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置及方法，工件装夹在工件旋转装置端部的卡盘上，工件旋转装置固定在工件进给装置上，带动工件移动装置实现工件的进给。电解循环系统由电解液泵和电解液存储箱组成，电解存储箱内有加热和冷却装置了维持电解液在特定温度范围内。抛光时电解液泵将电解液抽送到电解液槽中后回流到电解液存储箱内，实现电解液的循环使用。电控柜上设有触屏显示器，可控制工件和电解槽的移动和加工参数。电解槽为中空结构，外边缘由橡胶包裹，与工件接触时隔出抛光区域，配合工件的旋转实现对大型回转零件内壁的抛光和去毛刺处理，实现了小面积连续抛光、抛光区域可控。

Description

一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置及方法

技术领域

本发明属于电解质等离子抛光技术领域，特别是一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置及方法。

背景技术

等离子电解抛光是一种高效、环保、经济的金属零部件抛光工艺。抛光时对浸泡在电解液中的工件施加高电压(250 v-400 v)，工件表面生成一层动态波动的蒸汽膜，在强电场的作用下气泡层被击穿产生等离子体，并伴随着发光、发热、发声现象。经过复杂的物理化学反应工件表面变得光滑平整，是表面抛光和去毛刺的理想的加工工艺，特别是针对复杂结构工件的表面抛光具有独特的优势。但是由于电解槽和电源功率的局限性，等离子电解抛光很难对一些大型回转类工件的型腔进行抛光和去毛刺处理。此外，对回转类工件的内表面进行抛光处理时还会出现电屏蔽现象，导致抛光效果不理想等问题。

授权公布号为CN210281639U的中国专利公开了一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，由机械手臂带动电解液喷头，可以对大面积的工件表面进行抛光处理。但是直接将电解液喷向带电的工件表面会不可避免的对抛光后的工件表面造成电化学腐蚀，抛光质量不可控，同时电解液容易飞溅对抛光设备和操作人员的安全有较大威胁。

授权公布号为CN214237666U的中国专利公开了一种回转体表面抛光工具，采用铰支结构将两个抛光球固定在转动连接转动盘上，利用离心力使抛光球紧贴回转体内壁对工件内壁进行抛光处理。这种抛光方法必须将回转轴的轴线与被抛光回转体轴线重合，否则将会出现抛光不均匀现象。此外采用这种传统的机械抛光方法会不可避免的产生接触力和表面加工纹理等缺陷。

因此，迫切需要开发一种能高效对大型回转类金属零件内表面抛光的装置。

发明内容：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种等离子电解抛光大型回转零件内壁

的装置及方法。针对大型回转类金属零件内表面的抛光和去除毛刺处理，采用底部可移动的电解槽将抛光区域分隔开，此时工件内表面被罩住的区域充当电解槽的底部。将电解液注入电解槽内接通电源，工件和电解槽分别通过两个滚珠丝杠直线移动平台实现进给，工件在工件旋转装置的带动下，工件旋转装置带动工件沿水平方向旋转实现对大型回转类零件内壁的抛光和去毛刺处理，实现小面积连续抛光、抛光区域可控。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，包括工件旋转装置，工件进给装置，电解液循环系统和电控柜；

电控柜5位于电解液循环系统的外侧，控制面板可控制抛光电压、抛光时间、工件进给和旋转速度以及电解液温度及流速；电控柜5的电源正极通过电刷杆52与工件12相连；

工件装夹在工件旋转装置端部的卡盘上，并与卡盘相绝缘，工件旋转装置带动工件在竖直方向旋转；

工件旋转装置1固定在工件进给装置2的滚珠丝杠移动平台23上，移动平台底部设有凹槽与滑动导轨22配合，移动平台可沿着滑动导轨水平移动，带动工件旋转装置1实现工件的水平移动；

电解液循环系统包括电解液存储箱37和电解槽移动装置4，电解槽41固定在电解槽移动装置4上，由电解槽移动电机43驱动电解槽移动装置4带着电解槽上下移动，电解槽41通过软管与电解液存储箱相连，通过电解液泵实现电解液的循环使用；在电解槽内侧壁上设有阴极板413并与电控柜5中的电源负极相连； 抛光时电解槽紧贴工件内壁形成抛光区域，结合工件的旋转运动对整个工件内壁进行抛光和去毛刺处理。

前述等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，在电解槽41底部设有一个可移动挡板414，在不工作状态可移动挡板位于电解槽顶端，抛光时，可移动挡板被工件推至远离电解槽顶端的位置，工件内壁替代可移动挡板构建抛光区域；所述的可移动挡板位于电解槽底部的卡槽内，在可移动挡板接近电解槽顶端的位置与电解槽内侧壁之间设有弹簧装置，使挡板始终与工件紧贴工件端部。

前述等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，电刷杆通过套管结构54固定在电控柜上，通过转动角度使电刷杆与工件接触，当电刷杆与工件接触时用预紧螺栓51将电刷杆固定在电刷杆限位滑槽53内。

前述等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，电解槽壁包裹一层耐高温绝缘弹性密封件（在本发明的实施例中，为耐高温弹性橡胶），防止电解槽与工件内壁不密闭和电解液的泄露；电解槽底部靠近滚珠丝杠移动平台的一端设有电解液回流孔，电解液通过回流孔流向电解液存储箱；电解槽两边内壁上设有阴极板，通过导线与电控柜中电源的阴极相连。

前述的一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，电解槽移动装置由纵向滚珠丝杠滑动平台和电解槽构成，电解槽固定在滚珠丝杠滑动平台上；电解槽设计为悬臂梁结构，并且底部设有可移动挡板；加工时电解槽紧贴回转工件内壁，可移动挡板紧贴工件端部；被电解槽罩住的工件内壁即为抛光区域。

前述的一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，电解液存储箱37位于电解槽移动装置4下方，电解液泵固定在电解液存储箱上通过电解液输送软管将电解液输送到电解槽中；电解液存储箱底部设有电解液冷却管，当电解液温度高于设定温度值后外接冷却水对电解液进行冷却；电解液存储箱内部的端盖上设有电阻加热棒，电阻加热棒至于电解液液面以下用于提高电解液的温度；电阻加热棒由至于电解槽内的温度开关控制，当电解液温度低于设定温度值时电阻加热棒启动，到达设定温度值后停止工作。

基于前述的一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置的等离子电解抛光大型回转零件内壁的方法，包括如下步骤：1)将工件装夹在工件旋转装置1端部的卡盘上，通过电控柜上的控制面板，启动进给电机21，控制工件进给装置2的驱动滚珠丝杠移动平台23在滑动导轨22上水平移动带动工件进给，将工件慢慢移动至电解槽附近；当工件端部与电解槽端部位于同一平面时停止移动工件；此时，控制电解槽向下移动，工件端部将电解槽底部的可移动挡板推开，电解槽沿着工件内壁切入将待抛光部分圈出，抛光时电解槽紧贴工件内壁形成抛光区域。抛光时电解槽紧贴工件内壁形成抛光区域；在电解槽内侧壁上设有阴极板413并与电控柜5中的电源负极相连；

2)通过控制面板设置电解液温度及流速，并打开电解液泵将电解液输送到电解液

槽内，设置抛光参数；所述的抛光参数包括：抛光电压，时间，及工件旋转速度；

3)转动电刷杆将动电刷与工件接触并固定，电源正极通过电刷杆52与工件12相连，接通电源开始抛光；

4)抛光结束后拆卸清洗工件即可；

5)若工件内壁无阶梯工件旋转设定周数后即可实现对内壁的整体抛光和去毛刺处理；若存在阶梯，工件旋转设定周数后将电解槽内的电解液排出，抬起工件进给重复步骤1）-4)。

有益效果：与现有大型回转件内壁抛光技术相比，本发明的有益效果是：1) 电解槽设计为悬臂梁结构，并且底部设有可移动挡板。加工时电解槽紧贴回转工件内壁，可移动挡板紧贴工件端部，被电解槽罩住的工件内壁即为抛光区域。电解槽将大型回转件内壁的抛光区域分隔开，配合工件的旋转实现小面积连续抛光，最终实现对大型回转件内壁的抛光和去毛刺处理。

2) 避免了将整个工件浸入在大体积的电解槽内，减少电解液的使用量，最重要的是极大的降低了电源的输出功率，降低了加工成本。

3) 采用连续局部抛光的方式避免了因电场分布不均造成的抛光一致性差，实现了对工件内表面的均匀抛光。此外，还可实现对指定区域的抛光和去毛刺处理，实现抛光区域可控。

4) 工件装夹在工件旋转装置端部的卡盘上，由工件旋转装置带动工件在竖直空间的旋转，电解槽固定在电解槽移动平台45上，工件和电解槽分别通过两个滚珠丝杠直线移动平台实现进给，互不干扰，可调性大。

附图说明：图1为本发明装置的结构示意图；

图2为工件旋转装置1和工件进给装置2结构示意图；

图3为电解槽移动装置和电解液循环装置结构示意图；

图4电解槽结构示意图；

图5电控柜及电刷杆结构示意图；

图6抛光前后工件表面形貌对比图，其中（a）为抛光前、（b）为抛光后。

图中主要附图标记的说明如下：工件旋转装置-1，工件进给装置-2，电解液循环装置-3、电解槽移动装置-4，电控柜-5，卡盘11，工件-12，螺栓-13，卡爪14，工件进给电机-21，滑动导轨-22，滚珠丝杠移动平台-23，电解液存储箱盖-31，电解液泵-32，电解液输送软管-33，电解液过滤头-34，电解液加热电阻棒-35，电解液冷却水管-36，电解液存储箱-37，电解槽-41，电解液输送管-411，耐高温弹性橡胶-412，阴极板-413，移动挡板-414，电解液回流孔-415，电解槽固定螺栓孔-416，凹槽-417，设备底座-42，电解槽移动电机-43，风琴罩-44，电解槽移动平台45，电刷杆固定预紧螺栓-51，电刷杆-52，电刷杆限位滑槽-53。

具体实施方式：下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

实施例

图1为本发装置的结构示意图，如图1所示，一种等离子电解抛光大型回转零件内

壁的装置，包括工件旋转装置1，工件进给装置2，电解液循环装置3、电解槽移动装置4和电控柜5。

图2为工件旋转装置和工件进给装置结构示意图，工件12通过卡爪14固定在卡盘11上实现工件的旋转。工件旋转装置1通过螺栓13固定在工件进给装置2的滚珠丝杠移动平台23上，移动平台底部设有凹槽与滑动导轨22配合，通过工件进给电机21驱动滚珠丝杠移动平台23在滑动导轨22上水平移动带动工件平移，实现工件的进给运动。

卡盘与工件之间绝缘，卡盘直径不低于200 mm，可根据被加工工件的直径进行调整。直线滚珠丝杠移动平台设计为标准件以降低设备成本。直线滚珠丝杠移动平台牵引力不低于1000 N，行程大于1000 mm。

图3为电解槽移动装置和电解液循环装置结构示意图，所述电解液循环系统设有电解液存储箱、电解液泵、电解液加热电阻棒、电解液冷却管和电解液过滤头。所述电解液存储箱由绝缘材质制作而成，容量为50-200 L。电解液存储箱37位于设备底座42之上、电解槽移动装置4之下，以节约空间。电解液存储箱37上设有电解液存储箱盖31防止电解液被污染。电解液通过位于电解液存储箱37上面的电解液泵32输送到电解槽41内，电解液泵32和电解液存储箱37之间用螺栓固定。所述电解液泵由螺栓固定在电解液存储箱端盖上侧，电解液泵类型为隔膜泵或者为绝缘、耐腐蚀材质。

电解液的循环通过电解液输送软管33实现，电解液泵32入口与电解液过滤头34相连，对电解液进行过滤处理。电解液存储箱37内布置电解液加热电阻棒35和电解液冷却水管36，电解液的温度控制由电解液加热电阻棒35和电解液冷却水管36实现。所述电解液加热电阻棒固定在电解液存储箱端盖下侧，加热功率1-3 kW，电解液液面高度须没过加热电阻棒。所述电解液冷却管位于电解液存储箱底部，冷却管材质为高传热性能，通过冷却水对电解液进行冷却进而控制电解液温度。电解液加热电阻棒35的启停和电解液冷却水管36中冷却水的通入由位于电解液存储箱内的温控开关控制。当电解液温度低于设置温度值时电解液加热电阻棒35开始工作，直至电解液温度达到预定值；当电解液温度高于设置温度值时电解液冷却水管36中开始通入冷却水，直至电解液温度降到预定值。

电解槽41通过螺栓孔416由螺栓固定在电解槽移动平台45上，由电解槽移动电机43驱动实现电解槽的上下移动。为了防止滚珠丝杠被电解腐蚀用风琴罩44将其罩住。电解槽材质为聚四氟乙烯或其他绝缘材质。

图4电解槽结构示意图，电解槽41外侧壁上设有电解液输送管411，其一端与电解液输送软管33相连，出口处位于抛光区域上方。电解槽靠近电解槽移动装置的一侧设有电解液回流孔，电解液回流孔415与电解液输送管相连以便电解液回流到电解液存储箱内实现电解液的循环使用。为了保证电解槽41外壁紧贴工件12内壁表面防止电解液泄露，在电解槽外侧底部用耐高温弹性橡胶412包裹，同样可移动挡板与工件端部接触的地方也应设有具有弹性的耐高温橡胶。同时在电解槽内侧壁上设有阴极板413并与电控柜5中的电源负极相连。阴极板的面积应大于被抛光区域的面积，以提供足够的电流密度。在电解槽41设有一个可移动挡板414，可移动挡板嵌在电解槽两侧的凹槽417内，设有弹簧装置，在不工作状态弹簧的弹力始终将可移动挡板推至电解槽顶端。

图5电控柜及电刷杆结构示意图，电控柜5位于电解槽移动装置4的外侧，方便操作人员观察加工状态。电控柜的内部设有等离子电解抛光电源和各种电控元器件，控制面板可控制抛光电压、抛光时间、工件进给和旋转速度以及电解液温度及流速。电源正极通过电刷杆52与工件12相连，电刷杆52除与工件接触的部分其他部位均做绝缘处理。电刷杆通过套管结构54固定在电控柜5上，通过转动一定的角度使电刷杆52与工件12接触，当电刷杆52与工件接触时用预紧螺栓51将电刷杆52固定在电刷杆限位滑槽53内。

一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的方法，具体包括如下步骤：1）将工件12装夹在卡盘11上，通过电控柜5上的控制面板启动进给电机21，控制工件进给装置2的驱动滚珠丝杠移动平台23在滑动导轨22上水平移动带动工件进给，将工件12慢慢移动至电解槽41附近。当工件12端部与电解槽41端部位于同一平面时停止移动工件。此时，启动电解槽移动电机43，控制电解槽41向下移动直至电解槽41两侧壁底端的耐高温弹性橡胶412完全与工件12内壁相切。继续控制进给电机21，控制滚珠丝杠移动平台23带动工件12移动，使工件12端部将电解槽41底部的可移动挡板414推开，电解槽沿着工件12内壁切入将待抛光部分分隔开；

2）通过控制面板设置电解液温度，并打开电解液泵32将电解液输送到电解槽41内，设置抛光电压，时间，及工件旋转速度等抛光参数；

3）转动电刷杆52将动电刷与工件12接触并用电刷杆固定预紧螺栓51将电刷杆52固定在电刷杆限位滑槽53内。固定，接通电源开始对工件内壁进行抛光；

4）抛光结束后拆卸清洗工件12即可；

5）若工件12内壁无阶梯，工件旋转设定周数后即可实现对内壁的整体抛光和去毛刺处理（工件旋转装置带动工件旋转）；若存在阶梯，工件旋转设定周数后将电解槽41内的电解液排出，抬起工件12进给，重复步骤1）-4)。

图6是抛光前后工件表面形貌对比图。抛光前工件表面存在明显的划痕，凹坑和污渍等表面缺陷。经过抛光之后工件表面变得光滑洁净，无明显划痕、凹坑等表面缺陷。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，其特征在于，包括工件旋转装置，工件进给装置，电解液循环系统和电控柜；

电控柜（5）位于电解液循环系统的外侧，控制面板可控制抛光电压、抛光时间、工件进给和旋转速度以及电解液温度及流速；电控柜（5）的电源正极通过电刷杆（52）与工件（12）相连；

工件装夹在工件旋转装置端部的卡盘上，并与卡盘相绝缘，工件旋转装置带动工件沿水平方向旋转；

工件旋转装置（1）固定在工件进给装置（2）的滚珠丝杠移动平台（23）上，移动平台底部设有凹槽与滑动导轨（22）配合，移动平台可沿着滑动导轨水平移动，带动工件旋转装置（1）实现工件的水平移动；

电解液循环系统包括电解液存储箱（37）和电解槽移动装置（4），电解槽（41）固定在电解槽移动装置（4）上，由电解槽移动电机（43）驱动电解槽移动装置（4）带着电解槽上下移动，电解槽（41）通过软管与电解液存储箱相连，通过电解液泵实现电解液的循环使用；在电解槽内侧壁上设有阴极板（413）并与电控柜（5）中的电源负极相连； 抛光时电解槽紧贴工件内壁形成抛光区域，结合工件的旋转运动对整个工件内壁进行抛光和去毛刺处理。

2.根据权利要求1所述的等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，其特征在于，电解槽的固定端通过螺栓孔（416）由螺栓固定在电解槽移动平台（45）上，自由端向外伸出；在电解槽（41）底部设有一个可移动挡板（414），在不工作状态可移动挡板位于电解槽自由端，抛光时，可移动挡板被工件推至远离电解槽自由端的位置，工件内壁替代可移动挡板构建抛光区域；

所述的可移动挡板位于电解槽底部的卡槽内，在可移动挡板接近电解槽自由端的位置与电解槽内侧壁之间设有弹簧装置，使挡板始终与工件紧贴工件端部。

3.根据权利要求1所述的等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，其特征在于，电刷杆通过套管结构（54）固定在电控柜上，通过转动角度使电刷杆与工件接触，当电刷杆与工件接触时用预紧螺栓（51）将电刷杆固定在电刷杆限位滑槽（53）内。

4.根据权利要求书1所述的等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，其特征在于，电解槽壁包裹一层耐高温绝缘弹性密封件，防止电解槽与工件内壁不密闭和电解液的泄露；

电解槽底部靠近滚珠丝杠移动平台的一端设有电解液回流孔，电解液通过回流孔流向电解液存储箱；电解槽两边内壁上设有阴极板，通过导线与电控柜中电源的阴极相连。

5.根据权利要求书1所述的一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，其特征在于，电解槽移动装置由纵向滚珠丝杠滑动平台和电解槽构成，电解槽固定在滚珠丝杠滑动平台上；电解槽设计为悬臂梁结构，并且底部设有可移动挡板；加工时电解槽紧贴回转工件内壁，可移动挡板紧贴工件端部；被电解槽罩住的工件内壁即为抛光区域。

6.根据权利要求书1所述的一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置，其特征在于，电解液存储箱（37）位于电解槽移动装置（4）下方，电解液泵固定在电解液存储箱上通过电解液输送软管将电解液输送到电解槽中；电解液存储箱底部设有电解液冷却管，当电解液温度高于设定温度值后外接冷却水对电解液进行冷却；电解液存储箱内部的端盖上设有电阻加热棒，电阻加热棒至于电解液液面以下用于提高电解液的温度；电阻加热棒由至于电解槽内的温度开关控制，当电解液温度低于设定温度值时电阻加热棒启动，到达设定温度值后停止工作。

7.基于权利要求2所述的一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的装置的等离子电解抛光大型回转零件内壁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将工件装夹在工件旋转装置（1）端部的卡盘上，通过电控柜上的控制面板，启动进给电机（21），控制工件进给装置（2）的驱动滚珠丝杠移动平台（23）在滑动导轨（22）上水平移动带动工件进给，将工件慢慢移动至电解槽附近；当工件端部与电解槽端部位于同一平面时停止移动工件；此时，控制电解槽向下移动直至电解槽两侧壁底端与工件内壁相切；抛光时电解槽紧贴工件内壁形成抛光区域；在电解槽内侧壁上设有阴极板（413）并与电控柜（5）中的电源负极相连；

（2）通过控制面板设置电解液温度及流速，并打开电解液泵将电解液输送到电解槽内，设置抛光参数；

（3）转动电刷杆将动电刷与工件接触并固定，电源正极通过电刷杆（52）与工件（12）相连，接通电源开始抛光；

（4）抛光结束后拆卸清洗工件即可；

（5）若工件内壁无阶梯，工件旋转设定周数后即可实现对内壁的整体抛光和去毛刺处理；若存在阶梯，工件旋转设定周数后将电解槽内的电解液排出，抬起工件进给重复步骤（1）~（4）。

8.根据权利要求7所述的一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的方法，其特征在于，步骤1）中，抛光前，工件端部将电解槽底部的可移动挡板推开，电解槽沿着工件内壁切入将待抛光部分圈出，抛光时电解槽紧贴工件内壁形成抛光区域。

9.根据权利要求7所述的一种等离子电解抛光大型回转零件内壁的方法，其特征在于，步骤2）中，所述的抛光参数包括：抛光电压，时间，及工件旋转速度。