CN205817470U - 一种自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，包括自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构、电磁铁、环形磁铁安装架、控制器、夹持机构、滑动导轨、驱动电机、磁流变抛光液，所述电磁铁通过驱动电机及滑动导轨的驱动，在工件的外表面随工件孔内的高速流动的抛光液往复运动，磁流变抛光液在拟合螺旋运动的磁场作用下抛光液中的铁磁粒子将磨料微粒包裹、约束在工件孔的内表面，形成高速螺旋流动的柔性抛光磨刷，对螺旋孔工件的内表面进行确定性抛光加工。采用本实用新型，能够解决螺旋孔、膛线孔、细微孔难抛光的问题，能够实现确定性抛光，具有精度高、加工效率高、损伤小、成本低的优点。

Description

一种自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置

技术领域

本实用新型涉及超精密加工领域，尤其涉及一种针对螺旋孔孔(螺纹孔、膛线孔、细微孔等)内表面进行抛光的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置。

背景技术

随着现代科技进步，各种特殊孔在航天、航空、汽车、武器、电器、化工、液压、医疗等行业中的应用越来越广泛，如枪炮管的膛线孔、精密机床中的螺纹孔、内燃机燃料喷嘴等，其中枪炮管的膛线孔精度要求变形量不超过1μm以及内表面粗糙度达到0.2μm以上。目前对这些特殊孔的加工精度和表面质量要求也越来越严格，利用常规的技术加工这类特殊孔后内表面精度都不够理想，难以满足产品日益提高的精密化的质量要求，需要进一步抛光才能满足其使用要求，因而亟需能高效、高精度对这些特殊孔内表面进行超精密抛光的技术。

目前运用于孔加工的方法主要有：机械钻孔、激光打孔、电火花加工等。但是，用机械钻孔的方法，在孔的出口处会留下毛刺，这种毛刺会影响使用效果；用激光和电火花加工都会在孔壁处留下再铸层，从而影响孔的使用寿命，使孔的表面质量发生恶化，因此需要对这类孔的内表面进行抛光。而目前对特殊孔的抛光方法主要有传统抛光、离子束抛光、气囊抛光、磨料射流抛光等。传统抛光主要是靠人工采用柔性毛刷对内孔进行来回擦拭抛光，不仅劳动强度大、效率低、损害工人的健康，而且无法适用于细长孔和微孔等。离子束抛光等可获得极高的表面粗糙度，但材料去除率极低，通常仅用于CMP等抛光工艺后，进一步减小工件表面损伤层，提高表面质量，且加工成本高。气囊抛光去除率有限，抛光方法及装置复杂，主要运用于非球面光学元件的抛光。但这些方法最大的缺陷是不适合细长孔和微细孔的加工，尤其是细长螺旋孔的抛光就更无能为力，这是由于这些抛光方法需要将抛光工具深入到孔内表面近距离进行抛光，细长孔的尺寸限制要求抛光工具必须非常细长，而这些抛光方法的抛光工具由于工艺要求不可能做到这一点，这就限制了这些抛光方法在细长孔和 微细孔内表面抛光的应用。

常用的磨粒射流抛光技术(如水射流抛光、气射流抛光)的优点很多，应用前景也较好，其主要通过由喷嘴小孔高速喷出的混有细小磨料粒子的抛光液作用于工件表面,通过磨料粒子的高速碰撞剪切作用达到磨削去除材料的射流抛光原理。由于这些射流抛光技术中微磨粒射流离开喷嘴后会迅速发散，不能形成准直的加工束，因而需要喷嘴近距离接触工件表面进行微抛光，另外由于喷嘴尺寸较小，在微磨料射流加工过程中，极易堵塞，造成射流抛光效率较低。更为重要的是，目前的水射流或者气射流技术都是采用单喷嘴方式进行抛光加工，加工作用点小，加工效率较低，而且，由于采用单喷嘴近距离抛光，如果要加工内孔，需要将喷嘴伸入内孔内，这就要求内孔孔径要能够容纳喷嘴的放入，限制了欲抛光的内孔孔径，对于内孔中的非直线沟槽(如螺旋槽、膛线等)也无法顺利抛光。

磨料流加工(Abrasive Flow Machining，简称“AFM”)在国内也称为挤压珩磨，其原理是在挤压珩磨机作用下挤压半固状磨粒对被加工的零件表面进行摩擦，从而对零件表面进行抛光。但磨料流抛光技术尚未得到很好应用，由于半固相磨粒流是磨粒相对于被加工表面的挤压运动实现的，孔越小则抛光工艺越难以实现，所需要的挤压力越大，因而目前磨粒流工艺无法抛光孔径小于50微米的微孔、集群阵列微孔、细长孔；另一方面，目前磨粒流抛光装置主要靠挤压珩磨机挤压半固相磨粒流在工件孔道内缓慢流动，则磨粒流压强小、流速慢、加工效率低，同时慢速流动的磨粒会划伤工件表面影响加工精度。因此，磨粒流如何高压、高速射入工件孔道便是需要解决的难题。再者现有的磨粒流抛光方法及装置不能兼顾大直径的不规则孔、细长孔和群微孔的抛光，且磨粒流抛光装置结构复杂，操作难，造价高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对螺旋孔(螺纹孔、膛线孔、细微孔等)难抛光的问题，提出一种确定性抛光且精度高、加工效率高、损伤小、成本低的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，该装置简化了孔内表面抛光的操作技术，减少了劳动强度。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，包括自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构、电磁铁、环形磁铁安装架、控制器、夹持机构、滑动导轨、驱动电机和磁流变抛光液。

所述自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构包括两组对称设置于被加工工件的左右两端的流体增压加速机构及夹具，所述流体增压加速机构包括流体增压加速腔体、活塞缸、活塞、活塞杆和驱动单元；所述流体增压加速腔体的一端通过夹具夹紧工件并与工件孔相连通，另一端与所述活塞缸相连通；所述活塞配合连接在所述活塞缸内，并通过所述活塞杆与所述驱动单元连接，所述驱动单元可带动所述活塞在所述活塞缸内往复运动。

所述电磁铁安装在环形磁铁安装架上，环形磁铁安装架间隙配合安装在被加工件的外表面，并可在工件外表面做相对运动，所述控制器可控制电磁铁的通电，产生磁场及控制磁场强度，所述夹持机构一端夹持环形磁体安装架，另一端固定安装在所述滑动导轨上，所述滑动导轨由所述驱动电机带动，使电磁铁在滑动导轨上往复运动并产生螺旋式变化磁场，所述磁流变抛光液高速射入工件孔内后，在拟合螺旋运动的磁场作用下形成高速螺旋流动的柔性抛光磨刷，对螺旋孔内表面进行确定性抛光。

作为优选的，所述电磁铁对称均匀布置多个安装在所述环形磁铁安装架上，电磁铁的形状可以是圆柱状也可以是矩形状，所述电磁铁磁场的产生及磁场强度均由所述控制器控制。

作为优选的，所述控制器以一定频率依次控制环形安装架上的每个电磁铁的通电，即依次控制每个电磁铁磁场的产生，电磁铁依次产生磁场可实现磁场的圆周运动。

作为优选的，所述控制器有多个控制端口，且能够通过频率(即时间间隔)来设置不同控制端口的通电情况和电流的大小。

作为优选的，所述环形磁铁安装架的圆弧半径可根据加工工件的外径及两者的间隙调整更换，环形磁性体安装架为非磁性材料。

作为优选的，所述夹持机构一端夹持环形磁性体安装架，另一端固定安装在滑动到轨道的滑块上；所述夹持机构长度可调节，其材料为非磁性材料。

作为优选的，所述滑动导轨固定安装在自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构的一侧，滑动导轨滑块的运动范围大于所加工工件的长度。

作为优选的，所述驱动电机与滑动导轨连接，驱动滑动导轨的滑块移动，所述驱动电机为速度可控式步进电机。

作为优选的，所述磁场的运动轨迹可根据被加工螺旋孔工件螺旋线的螺距和升角设置电磁铁的水平移动速度和每个电磁的依次通电频率，将两个运动拟合出与螺旋线方向一样的磁场运动轨迹。

作为优选的，所述磁流变抛光液在拟合螺旋运动的磁场作用下抛光液中的铁磁粒子将磨料微粒包裹、约束在工件孔的内表面，形成高速螺旋流动的柔性抛光磨刷，对工件孔的内表面进行抛光加工。

与现有技术相比较，本实用新型所提供的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，能够应用到实际生产的环节中，而且具有造价低廉、结构简单、易操作、加工精度及效率高、适用范围广、便于普及等优点，除此以外，本实用新型还具有如下有益效果：

(1)本实用新型利用磁流变效应抛光加工原理，高速流动的磁流变抛光液在螺旋运动的磁场作用下，磁流变抛光液中的铁磁粒子将磨料微粒包裹、约束在工件孔的内表面，形成高速螺旋流动的柔性抛光磨刷，对螺旋孔工件内表面进行往复螺旋运动摩擦去除毛刺和降低孔内表面的粗糙度，实现了各类型的螺旋孔内表面去毛刺和抛光，从而获得较好的抛光效果。

(2)本实用新型通过电磁铁的直线运动和控制器控制磁场的圆周运动拟合出与螺旋孔工件螺旋线一样的磁场运动轨迹，磁流变抛光液在螺旋运动的磁场作用下形成柔性抛光磨刷，并随着螺旋孔工件的螺旋线方向运动，对螺旋孔工件进行确定性抛光和去毛刺。

(3)本实用新型通过可控式驱动单元和控制器的设置，可根据加工工件的精度要求调节活塞移动速度、磁性体的移动速度和往复频率、电磁铁依次产生磁场的频率、设置循环抛光次数及时间，使操作更加方便、灵活，增强工件加工精度的可控性，可使用于更高精度的抛光工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型所提供的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置的 一实施例的结构示意图。

图2是本实用新型所提供的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置的电磁铁安装架及控制器。

图3是本实用新型所提供的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置的螺旋流动柔性抛光磨刷的工作原理图。

图中：1.驱动单元，2.活塞杆，3.活塞，4.活塞缸，5.流体增压加速腔体，6.夹具，7.具有细长螺旋孔的工件，8.变截面辅助构件，9.磁流变抛光液，10.电磁铁，11.夹持机构，12.滑动导轨，13.驱动电机，14.环形磁铁安装架，15.柔性抛光磨刷，16.控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一实施例，一种自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，包括自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构、电磁铁10、环形磁铁安装架14，夹持机构11、滑动导轨12、驱动电机13、控制器16。所述自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构包括两组对称设置于被加工工件7的左右两端的流体增压加速机构及夹具6。

所述流体增压加速机构包括流体增压加速腔体5、活塞缸4、活塞3、活塞杆2和驱动单元1。所述流体增压加速腔体5的一端通过夹具6夹紧工件7并使工件7定位和固定，且与工件孔相连通，另一端与所述活塞缸4相连通；所述活塞3配合连接在所述活塞缸4内，并通过所述活塞杆2与所述驱动单元1连接，所述驱动单元1可带动所述活塞3在所述活塞缸4内往复运动；所述流体增压加速腔体5、活塞缸4、活塞3、夹具6与工件7形成相连通的密闭通道。

所述电磁铁10安装在环形磁铁安装架14上，环形磁铁安装架14间隙配合安装在被加工工件7的外表面，并通过所述的夹持机构11夹持固定，所述夹持机构11一端夹持环形磁性体安装架14，另一端固定安装在固定在自增压高速磨 粒流孔内表面抛光机构旁的滑动导轨12的滑块上，所述驱动电机13可通过滑动导轨带动电磁铁10在被加工的工件7外表面往复运动，所述控制器16可以一定频率控制环形磁铁安装架上每个电磁铁依次产生磁场及磁场强度实现磁场绕环形磁铁安装架进行圆周运动；将直线运动和磁场的圆周运动拟合出与螺旋线方向一样的磁场运动轨迹。由于工件7内孔是螺纹状，所以电磁铁10产生的磁场只覆盖工件7圆周的一部分，通过控制器16的控制实现磁场位置和强弱的变化，并结合驱动单元1的直线运动，使孔内的磁流变抛光液9形成柔性抛光磨刷在螺旋孔内摩擦抛光，获得理想的抛光效果。

具体实施时，流体增压加速腔体5优选为变截面腔体，其作用在于通过减小抛光液流动横截面而增加流动速度和压强实现自增压的目的，从而解决磨粒流压力不足、流动速度慢的难题；流体增压加速腔体5的形状可根据加工工件7的要求以及加工工艺的需要设计其长度和倾斜角度，形成渐变截面腔体(如圆锥状)或者突变截面腔体(如阶梯状)。夹具6的一端以螺纹方式或者以快夹(如卡箍)方式与流体增压加速腔体5的小截面端连接，并有密封机构保证抛光液不泄露，夹具6的另一端通过可调节的夹套与工件7固定连接，夹套内侧留有密封槽，密封槽内装有密封圈，防止抛光液泄漏。驱动单元1采用两对称相关联的连杆机构或者凸轮机构，保证两侧活塞3运动方式一致，即一侧压缩液体时，另外一侧刚好泄压，并且驱动单元1优选为可控式的驱动单元。电磁铁10优选为6个圆柱形电磁铁安装在环形磁铁安装架上，环形磁铁安装架14与被加工工件的间隙为2mm，电磁铁10的磁场强度大于2000GS。上述抛光装置可根据加工工件7的精度要求调节活塞3和磁性体10的移动速度、设置循环抛光次数及时间，使操作更加方便、灵活，增强工件加工精度的可控性。

此外，当应用上述抛光装置抛光螺旋孔工件时，抛光装置还包括控制器16和驱动电机13，可根据所加工螺旋孔工件螺旋线的螺距和升角，通过调节控制器16和驱动电机13的控制单元设定参数，控制环形磁铁架上每个电磁铁依次产生磁场的频率和电磁铁在工件外表面水平移动的速度，拟合出与工件内孔螺旋线一样的磁场运动轨迹。

应用本实用新型的一种自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置抛光细长螺旋孔，其包括如下步骤：

步骤一：将具有细长螺旋孔的工件7用夹具6连接在一起，并把工件7与 夹具6固定安装在两个呈左右对称设置的流体增压加速机构之间。同时将变截面辅助构件8固定在工件7的细长螺旋孔内的中心位置。

步骤二：将环形磁铁安装架14安装在工件7的外表面并调整环形磁铁安装架14与工件7外表面的间隙。同时夹持机构11一端夹持固定环形磁铁安装架14，另一端固定安装在滑动导轨的滑块上，并调节夹持机构11的长度。

步骤三：根据所加工螺旋孔工件螺旋线的螺距和升角，通过调节控制器16和驱动电机13的控制单元设定参数，控制环形磁铁架上每个电磁铁依次产生磁场的频率和电磁铁在工件外表面水平移动的速度，拟合出与工件内孔螺旋线一样的磁场运动轨迹。

步骤四：配制磁流变抛光液9。需要说明的是，该抛光液可以是现有商品化磁流变抛光液，也可以是自制的磁流变抛光液。

步骤五：将配制好的抛光液9添加在流体增压加速腔体5、活塞缸4、活塞3、夹具6、变截面辅助构件8与工件7形成相连通的密闭通道中。

步骤六：启动驱动单元1、驱动电机13和控制器16，驱动单元1带动活塞杆2推动活塞3在活塞缸4内运动；驱动电机13带动磁性体10在工件7的外表面运动；控制器16控制环形磁铁安装架上的磁铁依次产生磁场，抛光液受一侧的活塞3挤压作用经流体增压加速腔体5压缩加速后高速射入工件孔内，高速流动的磁流变抛光液在螺旋运动的磁场作用下磁流变抛光液中的铁磁粒子将磨料微粒包裹、约束在工件孔的内表面，形成高速螺旋流动的柔性抛光磨刷，对工件孔的内表面进行抛光加工后到达另一侧的活塞缸4中，同时在另一侧的活塞3的作用下向同一方向运动，即一侧压缩液体时，另外一侧刚好泄压，两侧活塞3运动方式一致，完成工件孔内表面一个方向的抛光；接着，移动的电磁铁10反向运动，控制器16控制电磁铁产生相反顺序的磁场，同时在另一侧的驱动单元1的作用下抛光液被压缩加速后高速反向射入工件孔内，再次形成高速螺旋流动的柔性抛光磨刷，完成工件孔内表面的反向抛光，完成一个加工循环。在步骤五中，可根据加工工件7的精度要求，通过可控式的驱动单元1配置的控制器和可控式步进电机13以及控制器16，调节活塞3和磁性体10的移动速度(如：10m/min)、电磁铁依次产生磁场的频率、设置循环抛光次数及时间(如：2小时)。

步骤七：加工2小时后手动或自动关闭驱动单元1、驱动电机13和控制器 16，完成工件孔内表面的抛光，获得孔内表面无毛刺、表面粗糙度低的螺旋孔，实现超精密加工效果。

从上述实施例可以看出，本实用新型的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，利用磁流变效应抛光加工原理，高速流动的磁流变抛光液在螺旋运动的磁场作用下，磁流变抛光液中的铁磁粒子将磨料微粒包裹、约束在工件孔的内表面，形成高速螺旋流动的柔性抛光磨刷，对被加工的工件孔内表面进行往复运动摩擦去除毛刺和降低孔内表面的粗糙度，实现了各类型的螺旋孔内表面去毛刺和确定性抛光，简化了螺旋孔内表面抛光的操作技术，减少了劳动强度，大大提高了抛光效率和抛光精度，具有极强的实用性和推广价值。

还需要说明的是，本实用新型还可以通过设计专用夹具一次性夹持并抛光多个工件，进一步提高了加工效率。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，其特征在于，包括自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构、电磁铁、环形磁铁安装架、控制器、夹持机构、滑动导轨、驱动电机和磁流变抛光液；

所述自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构包括两组对称设置于被加工工件的左右两端的流体增压加速机构及夹具，所述流体增压加速机构包括流体增压加速腔体、活塞缸、活塞、活塞杆和驱动单元；所述流体增压加速腔体的一端通过夹具夹紧工件并与工件孔相连通，另一端与所述活塞缸相连通；所述活塞配合连接在所述活塞缸内，并通过所述活塞杆与所述驱动单元连接，所述驱动单元可带动所述活塞在所述活塞缸内往复运动；

所述电磁铁安装在环形磁铁安装架上，环形磁铁安装架间隙配合安装在被加工件的外表面，并可在工件外表面做相对运动，所述控制器可控制电磁铁的通电，产生磁场及控制磁场强度，所述夹持机构一端夹持环形磁体安装架，另一端固定安装在所述滑动导轨上。

2.根据权利要求1所述的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，其特征在于，所述电磁铁设为若干个，均匀且对称布置在所述环形磁铁安装架上，电磁铁的形状设为圆柱状或者矩形状，所述电磁铁磁场的产生及磁场强度均由所述控制器控制。

3.根据权利要求1所述的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，其特征在于，所述控制器设有多个控制端口，且能够控制每个控制端口的通电和电流的大小。

4.根据权利要求1所述的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，其特征在于，所述环形磁铁安装架的圆弧半径可根据加工工件的外径及两者的间隙调整更换，环形磁性体安装架为非磁性材料。

5.根据权利要求1所述的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，其特征在于，所述夹持机构为非磁性材料，且长度可调。

6.根据权利要求1所述的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，其特征在于，所述滑动导轨固定安装在自增压高速磨粒流孔内表面抛光机构的一侧，滑动导轨滑块的运动范围大于所加工工件的长度。

7.根据权利要求1所述的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，其 特征在于，所述驱动电机与滑动导轨连接，驱动滑动导轨的滑块移动，所述驱动电机为速度可控式步进电机。

8.根据权利要求1所述的自增压高速磨粒磁流螺旋孔内表面抛光装置，其特征在于，所述磁场的运动轨迹可根据被加工螺旋孔工件螺旋线的螺距和升角设置电磁铁的水平移动速度和每个电磁的依次通电频率，将两个运动拟合出与螺旋线方向一样的磁场运动轨迹。