CN115302317A

CN115302317A - 用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统及方法

Info

Publication number: CN115302317A
Application number: CN202210880531.9A
Authority: CN
Inventors: 袁巧玲; 葛江涛
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2042-07-25
Also published as: CN115302317B

Abstract

本发明用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统及方法，系统包括抛光模块、磨料循环模块、电荷加载模块、控制模块，抛光方法包括实验平台的搭建、工件的固定、正负电荷的加载及利用带电磨粒的撞击实现抛光。本发明采用电场辅助，使得磨粒和工件内表面分别附加上负电荷和正电荷，由于电荷的尖端聚集效应，内表面的峰处聚集大量正电荷，对磨粒产生额外的吸力，有效解决了传统抛光方法抛光精度一致性难以保持的问题，能适应各种复杂孔壁的工件，且相较于传统抛光装置，耗能更低。

Description

用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统及方法

技术领域

本发明属于超精密加工领域，具体涉及一种用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统及方法。

背景技术

对于大长径比微孔的抛光，传统抛光工艺存在着很大的局限性，难以实现有效抛光。而和传统抛光工艺相比，磨粒射流抛光对大长径比微孔的抛光效果更加明显且更加可控。尽管如此，传统的磨料流抛光技术在对大长径比微孔进行抛光时，还是存在着一些缺陷，例如由于抛光流道的长度远大于孔径，磨料流在入口和出口的压差和速度差过大，动能损耗严重，对于微孔后半段的抛光效果有极大影响，难以保持微孔抛光精度的一致性。

中国专利公开号CN106938410A提出了一种大长径比细长管内表面的抛光装置及方法，该装置将超声波振动附加到传统磁力研磨加工过程中，使磁性研磨粒子对细长管内表面产生高频冲击作用，并且在细长管内腔添加辅助磁极，增大单位空间的磁感应强度，研磨压力也增大。该装置针对内径2mm-6mm的薄壁细长管，而对于内径更小的微孔来说，该装置难以实现有效抛光。

中国专利公开号CN104985492A提出了一种强度可调的超声波辅助磨粒流抛光加工装置。该装置通过将超声波辅助换能器的轴线与底座上表面之间的倾斜角度设置为可调的，能够实现超声波能量的调节，而且能够根据零件表面的不同位置的加工要求，对超声波换能器的方向进行改变。但此装置只能应用于外表面的抛光，难以实现对微孔内表面的抛光。

中国专利公开号CN109531287A提出了一种圆管内壁超声振动辅助磨料流精密光整加工方法。该装置通过在圆周方向上施加超声振动，使得磨粒由轴向切削变成轴向和径向共同作用，解决圆管内壁加工均匀性和一致性差的问题。该装置只能对单个孔的管状工件进行加工，而对于存在许多微孔的工件则难以实现抛光效果。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统及方法。

本发明通过以下技术方案加以实现：

所述的用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统，其特征在于，该系统包括：

抛光模块：由喷嘴组件、工件及夹具组件组成，所述夹具组件螺纹连接安装在工作平台上，所述工件通过夹具组件固定于工作平台上，所述工作平台的一侧设置有轨道，喷嘴组件滑动设置在轨道上；

磨料循环模块：包括磨料搅拌桶及泵，所述泵分别通过管道连接磨料搅拌桶和喷嘴组件；

电荷加载模块：由直流电源和电荷加载片组成，直流电源的正极与工件导线连接，直流电源的负极与电荷加载片导线连接；

控制模块：包括控制器和数据采集模块，所述控制器分别与数据采集模块、喷嘴组件、磨料循环模块及电荷加载模块电连接。

进一步地，所述喷嘴组件包括电磁阀、喷嘴，所述电磁阀通过法兰连接件以及螺纹连接件与喷嘴连接，所述喷嘴内插接设置有电荷加载片。

进一步地，所述电荷加载片伸出喷嘴的部分上套接设置有固定轴套。

进一步地，所述夹具组件包括夹具底盘及夹具盖，所述夹具底盘和夹具盖对应中心部位设置有中心孔，所述夹具底盘围绕中心孔的的四周铰接设置有三角模块，各三角模块形成孔径大小可调的旋转夹具，便于将工件固定于工作平台上。

进一步地，所述三角模块设置有六个，六个三角模块通过旋拧夹具盖达到改变三角模块中间六边形区域的大小。

进一步地，所述喷嘴组件与工件接触的端部设置有密封垫。

用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统的抛光方法，包括以下步骤：

1）将夹具组件通过其上设置的螺纹固定在工作平台上，将喷嘴组件组合好固定在导轨上，连接好管道，完成实验平台的搭建；

2）通过设计的旋转夹具，使工件固定于工作平台上；

3）利用静电感应原理，用直流电源使通过喷嘴的磨粒携带一定的负电荷，喷洒在工件上；

4）利用直流电源使工件内壁携带正电荷，利用电荷的尖端聚集效应，大量正电荷聚集于工件内壁的凸处，并且吸引磨粒向其撞击；

5）控制导轨来进行喷嘴X、Y两个方向的移动，使喷嘴移动到合适的加工位置，并利用电磁阀控制磨料的通断以及流量的大小以调整磨料的动能；

6）通过磨料循环模块收集磨料，磨料搅拌桶中的磨料通过泵送入电磁阀，进行循环利用磨料对工件进行均匀性抛光，直至完成加工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明采用电场辅助，使得磨粒和工件内表面分别附加上负电荷和正电荷，由于电荷的尖端聚集效应，内表面的峰处聚集大量正电荷，对磨粒产生额外的吸力，有效解决了传统抛光方法抛光精度一致性难以保持的问题；

2）本发明对于各种复杂孔壁工件的适应性强。不管是弯孔还是其他异形孔，都能在内壁加载电荷，依靠电荷吸引产生的吸力来达到抛光的效果；

3）本发明基于电荷尖端聚集效应，对大长径比微孔进行有效抛光，由于正负电荷间的吸力，降低了对磨粒初始动能的要求，相比于传统抛光装置，耗能更低。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明抛光工艺流程图；

图3为本发明夹具组件结构示意图；

图4为图3去掉夹具盖后的结构示意图；

图5为喷嘴组件的结构示意图；

图6为图5的剖视图；

图7抛光过程结构示意图；

图8为加载电荷后磨粒在孔内路径的局部放大示意图；

图中，1-工作平台，2-轨道，3-磨料搅拌桶，4-泵，5-直流电源，6-电荷加载片，7-工件，8-控制器，9-数据采集模块，10-电磁阀，11-喷嘴，12-法兰连接件，13-螺纹连接件，14-固定轴套，15-夹具底盘，16-夹具盖，17-三角模块，18-密封垫，19-磨粒。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步详细描述，以便更好地理解本技术方案。

如图1、3-7所示，本发明用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统，该系统包括抛光模块、磨料循环模块、电荷加载模块及控制模块，其中，抛光模块由喷嘴组件、工件7及夹具组件组成，夹具组件螺纹连接安装在工作平台1上，工件7通过夹具组件固定于工作平台1上，工作平台1的一侧设置有轨道2，喷嘴组件滑动设置在轨道2上；磨料循环模块包括磨料搅拌桶3及泵4，泵4分别通过管道连接磨料搅拌桶3和喷嘴组件，实现磨料搅拌桶3内的磨料19循环利用；电荷加载模块由直流电源5和电荷加载片6组成，直流电源5的正极与工件7导线连接，直流电源5的负极与电荷加载片6导线连接；控制模块包括控制器8和数据采集模块9，控制器8分别与数据采集模块、喷嘴组件、磨料循环模块及电荷加载模块电连接，控制模块主要用于控制电磁阀10的开关以控制磨料的通断，以及控制直流电源5来控制电荷的加载。

如图5-6所示，喷嘴组件包括电磁阀10、喷嘴11，电磁阀10通过法兰连接件12以及螺纹连接件13与喷嘴11连接，喷嘴11内插接设置有电荷加载片6，电荷加载片6伸出喷嘴11的部分上套接设置有固定轴套14。为防止磨粒19外泄，在喷嘴11和工件7之间放置有密封垫18，通过直流电源5向喷嘴11中的磨料加载负电荷，向工件加载正电荷，电磁阀控制磨料的通断，并由控制器8来控制直流电源5和电磁阀10。

如图3-4所示，夹具组件包括夹具底盘15及夹具盖16，夹具底盘15和夹具盖16对应中心部位设置有中心孔，夹具底盘15围绕中心孔的四周铰接设置有三角模块17，各三角模块17形成孔径大小可调的旋转夹具，便于将工件7固定于工作平台1上，三角模块17设置有六个，六块三角模块17拼装成六边形结构，每块三角模块17上均设置有凸起的手柄，通过夹具盖16实现六边形的大小缩放，以此夹紧放置其中的工件7。

如图1-2、7-8所示，用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统的抛光方法，包括以下步骤：1）将夹具组件通过其上设置的螺纹固定在工作平台1上，将喷嘴组件组合好固定在轨道2上，连接好管道，完成实验平台的搭建；2）通过设计的旋转夹具，使工件7固定于工作平台1上；3）利用静电感应原理，用直流电源5使通过喷嘴的磨粒19携带一定的负电荷，喷洒在工件7上；4）利用直流电源5使工件7内壁携带正电荷，利用电荷的尖端聚集效应，大量正电荷聚集于工件内壁的凸处，并且吸引磨粒向其撞击；5）控制轨道来进行喷嘴X、Y两个方向的移动，使喷嘴11移动到合适的加工位置，并利用电磁阀10控制磨料的通断以及流量的大小以调整磨料的动能；6）通过磨料循环模块收集磨料，磨料搅拌桶中的磨料通过泵送入电磁阀，进行循环利用磨料对工件进行均匀性抛光，直至完成加工。

抛光时，磨料19在磨料搅拌桶3中搅拌均匀，通过泵4流经电磁阀10进入喷嘴11，对工件7进行抛光，直流电源5分别对喷嘴11中的磨粒19加载负电荷，对工件7加载正电荷，控制器8对直流电源5以及电磁阀10进行总控制，数据采集模块9进行抛光过程中各项数据的采集，加载电荷后的磨粒19在孔内的路径如图8所示，加载电荷后，大量磨粒被吸引，向峰处撞击，在原动能以及电荷的吸力共同作用下，抛光效果明显优于未加载电荷的情况。

Claims

1.用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统，其特征在于，该系统包括：

抛光模块：由喷嘴组件、工件及夹具组件组成，所述夹具组件螺纹连接安装在工作平台（1）上，所述工件通过夹具组件固定于工作平台（1）上，所述工作平台（1）的一侧设置有轨道（2），喷嘴组件滑动设置在轨道（2）上；

磨料循环模块：包括磨料搅拌桶（3）及泵（4），所述泵（4）分别通过管道连接磨料搅拌桶（3）和喷嘴组件；

电荷加载模块：由直流电源（5）和电荷加载片（6）组成，直流电源（5）的正极与工件（7）导线连接，直流电源（5）的负极与电荷加载片（6）导线连接；

控制模块：包括控制器（8）和数据采集模块（9），所述控制器（8）分别与数据采集模块（9）、喷嘴组件、磨料循环模块及电荷加载模块电连接。

2.如权利要求1所述的用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统，其特征在于所述喷嘴组件包括电磁阀（10）、喷嘴（11），所述电磁阀（10）通过法兰连接件（12）以及螺纹连接件（13）与喷嘴（11）连接，所述喷嘴（11）内插接设置有电荷加载片（6）。

3.如权利要求2所述的用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统，其特征在于所述电荷加载片（6）伸出喷嘴（11）的部分上套接设置有固定轴套（14）。

4.如权利要求1所述的用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统，其特征在于所述夹具组件包括夹具底盘（15）及夹具盖（16），所述夹具底盘（15）和夹具盖（16）对应中心部位设置有中心孔，所述夹具底盘（15）围绕中心孔的的四周铰接设置有三角模块（17），各三角模块（17）形成孔径大小可调的旋转夹具，便于将工件（7）固定于工作平台（1）上。

5.如权利要求4所述的用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统，其特征在于所述三角模块（17）设置有六个，六个三角模块（17）通过旋拧夹具盖（16）达到改变三角模块（17）中间六边形区域的大小。

6.如权利要求1所述的用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统，其特征在于所述喷嘴组件与工件接触的端部设置有密封垫（18）。

7.权利要求1-5任一所述的用于大长径比微孔电场辅助微磨粒抛光系统的抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将夹具组件通过其上设置的螺纹固定在工作平台（1）上，将喷嘴组件组合好固定在导轨（2）上，连接好管道，完成实验平台的搭建；

2）通过设计的旋转夹具，使工件（7）固定于工作平台（1）上；

3）利用静电感应原理，用直流电源（5）使通过喷嘴（11）的磨粒（19）携带一定的负电荷，喷洒在工件（7）上；

4）利用直流电源（5）使工件（7）内壁携带正电荷，利用电荷的尖端聚集效应，大量正电荷聚集于工件（7）内壁的凸处，并且吸引磨粒向其撞击；

5）控制轨道来进行喷嘴X、Y两个方向的移动，使喷嘴（11）移动到合适的加工位置，并利用电磁阀（10）控制磨料的通断以及流量的大小以调整磨料的动能；

6）通过磨料循环模块收集磨料（19），磨料搅拌桶（3）中的磨料（19）通过泵（4）送入电磁阀（10），通过循环利用磨料对工件进行均匀性抛光，直至完成加工。