CN117300749B - 一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磨粒流抛光技术领域，具体涉及一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置及方法。该装置包括仿形磁瓦、旋转驱动装置和弹性仿形体，仿形磁瓦铺设于薄壁钛合金构件外表面；弹性仿形体设置于薄壁钛合金构件的内腔且两端与旋转驱动装置连接，弹性仿形体内充入正压气体与薄壁钛合金构件的内腔壁贴合，通过仿形磁瓦吸附在薄壁钛合金构件的内腔壁上；弹性仿形体与薄壁钛合金构件内腔壁之间填充含有抛光磨粒的弹流体；旋转驱动装置驱动弹性仿形体旋转，含有抛光磨粒的弹流体对薄壁钛合金构件的内腔壁进行抛光。本发明抛光压力可控性好，通过仿形磁瓦的磁力控制适应不同位置内凹面的不同光洁度抛光，实现光洁度的梯度变化，提高抛光质量及工作效率。
Description
技术领域
本发明属于磨粒流抛光技术领域，具体涉及一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置及方法。
背景技术
对于薄壁钛合金构件内腔磨粒流工艺的机械抛光，现有工艺措施能实现表面光洁度0.05微米，比较适合钛合金构件的是在流体抛光粘弹流体中加入800目的α-Al2O3抛光磨粒，薄壁可以达到3mm左右。然而，针对薄壁钛合金构件内腔的开口尺寸直径为内腔最大空间尺寸的五至十分之一的情况，薄壁钛合金构件内腔抛光压力可控性差。因现有工艺措施相对抛光速度可控性差，含有抛光磨粒的弹流体的抛光效率不高，刚性结构难以在薄壁钛合金构件内部受限作业空间支撑和展开作业。因此，急需一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置及方法，以提高开口尺寸较小的薄壁钛合金构件内腔的抛光效率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置及方法，以解决现有工艺措施相对抛光速度可控性差，含有抛光磨粒的弹流体的抛光效率不高，刚性结构难以在内部受限作业空间支撑和展开作业的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，用于对固定在支撑框架上的薄壁钛合金构件的内腔壁进行抛光，该装置包括仿形磁瓦、旋转驱动装置和弹性仿形体，其中仿形磁瓦铺设于薄壁钛合金构件的外表面；弹性仿形体设置于薄壁钛合金构件的内腔内，且两端与设置于支撑框架上的旋转驱动装置连接，弹性仿形体内充入正压气体，使弹性仿形体与薄壁钛合金构件的内腔壁贴合，仿形磁瓦将弹性仿形体吸附固定在薄壁钛合金构件的内腔壁上；弹性仿形体与薄壁钛合金构件的内腔壁之间填充含有抛光磨粒的弹流体；旋转驱动装置设置于支撑框架上，且与弹性仿形体连接，旋转驱动装置驱动弹性仿形体旋转，通过含有抛光磨粒的弹流体对薄壁钛合金构件的内腔壁进行抛光。
在一种可能实现的方式中，所述弹性仿形体包括仿形囊及包络于仿形囊外表面上的多个空间曲管，其中仿形囊的形状与所述薄壁钛合金构件的内腔壁轮廓适配，仿形囊的两端直径收缩形成收口端，收口端容置于所述薄壁钛合金构件两端的开口处，且与所述旋转驱动装置连接；空间曲管内填充有磁流体，磁流体被所述仿形磁瓦吸附，使空间曲管与所述薄壁钛合金构件的内腔壁贴合。
在一种可能实现的方式中，所述薄壁钛合金构件的内腔壁、仿形囊及相邻的两个空间曲管围合成抛光介质区域，抛光介质区域内填充所述含有抛光磨粒的弹流体。
在一种可能实现的方式中，所述薄壁钛合金构件的两端通过固定工装安装在所述支撑框架上，固定工装上设有向所述抛光介质区域内注入所述含有抛光磨粒的弹流体的弹流体加注孔道。
在一种可能实现的方式中，所述收口端的端面上沿周向设有与多个所述空间曲管一一对应的多个磁流体加注孔，各空间曲管沿仿形囊的轴向延伸，且两端分别与相对应的磁流体加注孔连通，通过磁流体加注孔向空间曲管内加注磁流体。
在一种可能实现的方式中，所述仿形磁瓦的形状与所述薄壁钛合金构件的外表面轮廓相适配，所述仿形磁瓦通过不同磁力控制含有抛光磨粒的弹流体的抛光压力。
在一种可能实现的方式中，所述旋转驱动装置的中心设有气体加注孔道，通过气体加注孔道向所述仿形囊内通入气体，使所述仿形囊内部形成正压，提高含有抛光磨粒的弹流体的抛光压力。
本发明另一方面提供一种利用如上所述的薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置的抛光方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过固定工装将薄壁钛合金构件的两端口固定在支撑框架上；
步骤S2：将仿形磁瓦铺设于薄壁钛合金构件的外表面；
步骤S3：将弹性仿形体置于薄壁钛合金构件内，弹性仿形体两端的收口端分别与两个旋转驱动装置连接；
步骤S4：弹性仿形体内通入正压气体，使弹性仿形体与薄壁钛合金构件的内壁贴合，仿形磁瓦将弹性仿形体吸附固定于薄壁钛合金构件的内腔壁上；向薄壁钛合金构件的内腔壁与弹性仿形体之间的抛光介质区域填充含有抛光磨粒的弹流体；
步骤S5：两个旋转驱动装置同步驱动弹性仿形体旋转，通过含有抛光磨粒的弹流体对薄壁钛合金构件的内腔壁进行抛光。
在一种可能实现的方式中，通过控制所述仿形磁瓦的磁力大小及所述弹性仿形体内部气压来调节含有抛光磨粒的弹流体的抛光压力，从而适应薄壁钛合金构件的内腔壁光洁度的梯度变化。
在一种可能实现的方式中，在步骤S3中，先将所述弹性仿形体压缩至直径小于薄壁钛合金构件端部开口直径，再插入薄壁钛合金构件内；所述弹性仿形体进入薄壁钛合金构件内腔后，通过正压气体实现展开支撑。
本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，对薄壁钛合金构件内腔壁抛光压力可控性好，通过控制多个仿形磁瓦的磁力大小不同，适应不同位置内凹面的不同光洁度抛光，可以实现光洁度的梯度变化，提高抛光质量及工作效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置的等轴视图;
图2为本发明一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置的局部剖面图；
图3为本发明中弹性仿形体的等轴视图；
图4本发明一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置的中部横断局部剖面图。
图中：1-支撑框架，2-固定工装，201-弹流体加注孔道，3-仿形磁瓦，4-薄壁钛合金构件，5-旋转驱动装置，501-气体加注孔道，6-弹性仿形体，601-收口端，602-磁流体加注孔，603-空间曲管，604-仿形囊，7-磁流体，8-含有抛光磨粒的弹流体，9-密封腔。
具体实施方式
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”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一实施例提供一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，用于对固定在支撑框架1上的薄壁钛合金构件4的内腔壁进行抛光，提高了抛光质量及工作效率。参见图1、图2所示，该薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，包括仿形磁瓦3、旋转驱动装置5和弹性仿形体6，其中薄壁钛合金构件4具有曲面结构的内腔，且内腔两端具有较小的开口，开口尺寸直径为内腔最大空间尺寸的五至十分之一。薄壁钛合金构件4的外表面铺满仿形磁瓦3，各仿形磁瓦3的磁力可控；弹性仿形体6设置于薄壁钛合金构件4的内腔内，且两端与设置于支撑框架1上的旋转驱动装置5连接，弹性仿形体6内充入正压气体，使弹性仿形体6与薄壁钛合金构件4的内腔壁贴合，仿形磁瓦3将弹性仿形体6吸附固定在薄壁钛合金构件4的内腔壁上；弹性仿形体6与薄壁钛合金构件4的内腔壁之间填充含有抛光磨粒的弹流体8；旋转驱动装置5设置于支撑框架1上，且与弹性仿形体6连接，旋转驱动装置5驱动弹性仿形体6旋转，且带动含有抛光磨粒的弹流体8一同旋转，从而通过含有抛光磨粒的弹流体8对薄壁钛合金构件4的内腔壁进行抛光。
如图2至图4所示，本发明的实施例中，弹性仿形体6包括仿形囊604及包络于仿形囊604外表面上的多个空间曲管603，其中仿形囊604的形状与薄壁钛合金构件4的内腔壁轮廓适配，仿形囊604的两端直径收缩形成收口端601，收口端601容置于薄壁钛合金构件4两端的开口处，且与旋转驱动装置5连接；空间曲管603内填充有磁流体7，磁流体7被仿形磁瓦3吸附，使空间曲管603与薄壁钛合金构件4的内腔壁紧密贴合。
进一步地，如图3所示，收口端601的端面上沿周向设有与多个空间曲管603一一对应的多个磁流体加注孔602，各空间曲管603沿仿形囊604的轴向延伸，且两端分别与相对应的磁流体加注孔602连通，通过磁流体加注孔602向空间曲管603内加注磁流体7，加注后用丝堵密封磁流体加注孔602。优选地，空间曲管603具有空间展开特性，弹性仿形体6压缩进入薄壁钛合金构件4的内腔后，空间曲管603能自动展开，再通过进入仿形囊604内的正压气体与薄壁钛合金构件4的内腔壁有效贴合。
进一步地，收口端601为圆柱形，且直径小于薄壁钛合金构件4两端开口尺寸，以便能够使弹性仿形体6整体进入薄壁钛合金构件4的内腔。
图4所示，本发明的实施例中，薄壁钛合金构件4的内腔壁、仿形囊604及相邻的两个空间曲管603围合成N个抛光介质区域，各抛光介质区域内填充含有抛光磨粒的弹流体8。相较于传统的向薄壁钛合金构件4内腔充满含有抛光磨粒的弹流体，含有抛光磨粒的弹流体从薄壁钛合金构件4内腔的一端进，另一端出，通过含有抛光磨粒的弹流体的流速进行抛光的方式，本发明的抛光介质区域体积小，节省含有抛光磨粒的弹流体8的填充量，且提高含有抛光磨粒的弹流体8的利用率。
本发明的实施例中，仿形磁瓦3的形状与薄壁钛合金构件4的外表面轮廓相适配，仿形磁瓦3能有效的对空间曲管603内的磁流体7进行吸引，目的是让空间曲管603外侧接触线有效贴合薄壁钛合金构件4的内凹曲面母线。同时，仿形磁瓦3通过不同磁力能控制含有抛光磨粒的弹流体8的抛光压力。具体地，抛光压力增加方式为：空间曲管603采用氟橡胶材质，具有弹性。当仿形磁瓦3的磁力变大时，对磁流体7的吸附力变大，使空间曲管603内的磁流体7的横截面由圆形变成椭圆，仿形磁瓦3的磁力越大，含有抛光磨粒的弹流体8附近两个磁流体7越扁，导致弹性仿形体6对含有抛光磨粒的弹流体8的压力增加，从而增大含有抛光磨粒的弹流体8对薄壁钛合金构件4的内腔壁的抛光压力。当弹性仿形体6进行旋转运动，速度会逐渐提升，此时空间曲管603与薄壁钛合金构件4的内腔壁之间形成动压流体膜，使空间曲管603浮起。当弹性仿形体6达到工作恒定转速时，根据液体动压润滑的基本方程（雷诺方程），弹性仿形体6与薄壁钛合金构件4的内腔壁之间的动压力与外载荷相平衡。也就是说，含有抛光磨粒的弹流体8对薄壁钛合金构件4内腔壁的抛光压力随仿形磁瓦3的磁力变化而变化。
进一步地，薄壁钛合金构件4的两端通过固定工装2安装在支撑框架1上，固定工装2上设有弹流体加注孔道201，通过弹流体加注孔道201向抛光介质区域内注入含有抛光磨粒的弹流体8或排出，加注后用丝堵密封弹流体加注孔道201。
本发明的实施例中，旋转驱动装置5的中心设有气体加注孔道501，气体加注孔道501用于联通气控箱，气控箱通过气体加注孔道501向仿形囊604内通入气体，使仿形囊604内部形成正压，提高含有抛光磨粒的弹流体8的抛光压力及抛光质量。
具体地，旋转驱动装置5采用现有技术中任何一种能够实现旋转驱动的机构，在此不做限定。本实施例中，采用品牌为普兰德，型号为RM1R150H-360-V2BJW-PKP544的高精度电动旋转台，高精度电动旋转台的外壳固定在支撑框架1上，输出端与弹性仿形体6的收口端601连接。
本发明的实施例中，弹性仿形体6整体采用氟橡胶材质，弹性仿形体6与薄壁钛合金构件4的内腔壁柔性接触，在抛光过程中不会伤及薄壁钛合金构件4的内腔壁。弹性仿形体6的两端与旋转驱动装置5密封连接，从而在弹性仿形体6的内部形成密封腔9。当密封腔9内通入气体形成正压时，能够使含有抛光磨粒的弹流体8与薄壁钛合金构件4的内腔壁很好的接触，提高抛光质量。
工作时，旋转驱动装置5驱动弹性仿形体6高速旋转，弹性仿形体6带动N个抛光介质区域内填充的含有抛光磨粒的弹流体8旋转，从而使含有抛光磨粒的弹流体8对薄壁钛合金构件4的内腔壁进行抛光打磨。抛光打磨的过程中，通过控制多个仿形磁瓦3的磁力大小不同，实现不同的光洁度，进而可以实现光洁度的梯度变化。
本发明提供的一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，对薄壁钛合金构件内腔壁抛光压力可控性好，通过仿形磁瓦的磁力控制，适应不同位置内凹面的不同光洁度抛光工艺要求，可以实现光洁度的梯度变化，提高抛光质量及工作效率。
本发明另一实施例提供一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光方法，该方法通过上述实施例中的薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置实现，该方法包括以下步骤：
步骤S1：通过固定工装2将薄壁钛合金构件4的两端口固定在支撑框架1上；
步骤S2：将仿形磁瓦3铺设于薄壁钛合金构件4的外表面；
步骤S3：将弹性仿形体6置于薄壁钛合金构件4内，弹性仿形体6两端的收口端601分别与两个旋转驱动装置5连接；
步骤S4：弹性仿形体6内通入正压气体，使弹性仿形体6与薄壁钛合金构件4的内壁贴合，仿形磁瓦3将弹性仿形体6吸附固定于薄壁钛合金构件4的内腔壁上；向薄壁钛合金构件4的内腔壁与弹性仿形体6之间的抛光介质区域填充含有抛光磨粒的弹流体8；
步骤S5：两个旋转驱动装置5同步驱动弹性仿形体6旋转，通过含有抛光磨粒的弹流体8对薄壁钛合金构件4的内腔壁进行抛光。
工作时，通过控制仿形磁瓦3的磁力大小及弹性仿形体6内部气压来调节含有抛光磨粒的弹流体8的抛光压力，从而适应薄壁钛合金构件4的内腔壁光洁度的梯度变化。
在步骤S3中，先将弹性仿形体6压缩至直径小于薄壁钛合金构件4端部开口直径，再插入薄壁钛合金构件4内；弹性仿形体6进入薄壁钛合金构件4内腔后，通过正压气体实现展开支撑。
本发明另一实施例提供的一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光方法，相对抛光速度及抛光压力可控性好，含有抛光磨粒的弹流体8的抛光效率高，同时提高含有抛光磨粒的弹流体8的利用率。
本发明的弹性仿形体6具有弹性，可收缩和展开。弹性仿形体6收缩后，能够方便进出薄壁钛合金构件4的内腔；弹性仿形体6通入正压气体展开后，能够与薄壁钛合金构件4内腔壁柔性支撑，不存在刚性结构难以在内部受限作业空间支撑和展开作业的问题。通过控制多个仿形磁瓦3的磁力大小，适应不同位置内凹面的不同光洁度抛光要求，可以实现光洁度的梯度变化，提高抛光质量及工作效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，用于对固定在支撑框架（1）上的薄壁钛合金构件（4）的内腔壁进行抛光，其特征在于，该装置包括固定工装（2）、仿形磁瓦（3）、旋转驱动装置（5）和弹性仿形体（6），其中仿形磁瓦（3）铺设于薄壁钛合金构件（4）的外表面；弹性仿形体（6）设置于薄壁钛合金构件（4）的内腔内，且两端与设置于支撑框架（1）上的旋转驱动装置（5）连接，弹性仿形体（6）内充入正压气体，使弹性仿形体（6）与薄壁钛合金构件（4）的内腔壁贴合，仿形磁瓦（3）将弹性仿形体（6）吸附固定在薄壁钛合金构件（4）的内腔壁上；弹性仿形体（6）与薄壁钛合金构件（4）的内腔壁之间填充含有抛光磨粒的弹流体（8）；旋转驱动装置（5）驱动弹性仿形体（6）旋转，通过含有抛光磨粒的弹流体（8）对薄壁钛合金构件（4）的内腔壁进行抛光；
所述弹性仿形体（6）包括仿形囊（604）及包络于仿形囊（604）外表面上的多个空间曲管（603），其中仿形囊（604）的形状与所述薄壁钛合金构件（4）的内腔壁轮廓适配，仿形囊（604）的两端直径收缩形成收口端（601），收口端（601）容置于所述薄壁钛合金构件（4）两端的开口处，且与所述旋转驱动装置（5）连接；空间曲管（603）内填充有磁流体（7），磁流体（7）被所述仿形磁瓦（3）吸附，使空间曲管（603）与所述薄壁钛合金构件（4）的内腔壁贴合；
所述薄壁钛合金构件（4）的内腔壁、仿形囊（604）及相邻的两个空间曲管（603）围合成抛光介质区域，抛光介质区域内填充所述含有抛光磨粒的弹流体（8）。
2.根据权利要求1所述的薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，其特征在于，所述薄壁钛合金构件（4）的两端通过固定工装（2）安装在所述支撑框架（1）上，固定工装（2）上设有向所述抛光介质区域内注入所述含有抛光磨粒的弹流体（8）的弹流体加注孔道（201）。
3.根据权利要求1所述的薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，其特征在于，所述收口端（601）的端面上沿周向设有与多个所述空间曲管（603）一一对应的多个磁流体加注孔（602），各空间曲管（603）沿仿形囊（604）的轴向延伸，且两端分别与相对应的磁流体加注孔（602）连通，通过磁流体加注孔（602）向空间曲管（603）内加注磁流体（7）。
4.根据权利要求1所述的薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，其特征在于，所述仿形磁瓦（3）的形状与所述薄壁钛合金构件（4）的外表面轮廓相适配，所述仿形磁瓦（3）通过不同磁力控制含有抛光磨粒的弹流体（8）的抛光压力。
5.根据权利要求1所述的薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置，其特征在于，所述旋转驱动装置（5）的中心设有气体加注孔道（501），通过气体加注孔道（501）向所述仿形囊（604）内通入气体，使所述仿形囊（604）内部形成正压，提高含有抛光磨粒的弹流体（8）的抛光压力。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的薄壁钛合金构件内腔机械抛光装置的抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过固定工装（2）将薄壁钛合金构件（4）的两端口固定在支撑框架（1）上；
步骤S2：将仿形磁瓦（3）铺设于薄壁钛合金构件（4）的外表面；
步骤S3：将弹性仿形体（6）置于薄壁钛合金构件（4）内，弹性仿形体（6）两端的收口端（601）分别与两个旋转驱动装置（5）连接；
步骤S4：弹性仿形体（6）内通入正压气体，使弹性仿形体（6）与薄壁钛合金构件（4）的内壁贴合，仿形磁瓦（3）将弹性仿形体（6）吸附固定于薄壁钛合金构件（4）的内腔壁上；向薄壁钛合金构件（4）的内腔壁与弹性仿形体（6）之间的抛光介质区域填充含有抛光磨粒的弹流体（8）；
步骤S5：两个旋转驱动装置（5）同步驱动弹性仿形体（6）旋转，通过含有抛光磨粒的弹流体（8）对薄壁钛合金构件（4）的内腔壁进行抛光。
7.根据权利要求6所述的抛光方法，其特征在于，通过控制所述仿形磁瓦（3）的磁力大小及所述弹性仿形体（6）的内部气压来调节含有抛光磨粒的弹流体（8）的抛光压力，从而适应薄壁钛合金构件（4）的内腔壁光洁度的梯度变化。
8.根据权利要求6所述的抛光方法，其特征在于，在步骤S3中，先将所述弹性仿形体（6）压缩至直径小于薄壁钛合金构件（4）端部开口直径，再插入薄壁钛合金构件（4）内；所述弹性仿形体（6）进入薄壁钛合金构件（4）内腔后，通过正压气体实现展开支撑。
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