一种针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其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、夹具及保护架；所述保护架匹配地设置于工件的左右两端且与工件孔相连通；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。采用本实用新型，能够解决集群微孔难抛光的问题，具有精度高、加工效率高、损伤小、成本低的优点。
【专利说明】
一种针对集群微孔的自増压高速磨粒流抛光装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及超精密加工，尤其涉及一种针对集群微孔内表面进行抛光的自增压高速磨粒流抛光装置。
【背景技术】
[0002]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、电路板上群微孔等，其中枪炮管的膛线孔精度要求变形量不超过IMi以及内表面粗糙度达至Ij0.2μπι以上，电路板上群微孔的微孔数多达数万个，孔径小于50μπι。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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]磨料流加工(Abrasive Flow Machining，简称〃AFM〃)在国内也称为挤压?行磨，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，造价尚O
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于，针对集群微孔难抛光的问题，提出一种精度高、加工效率高、损伤小、成本低的自增压高速磨粒流抛光装置，简化孔内表面抛光的操作技术，减少劳动强度。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，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、夹具及保护架;所述保护架匹配地设置于工件的左右两端且与工件孔相连通;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。
[0008]作为优选的，所述保护架为与具有集群微孔的工件一样并开设有同样集群微孔的钢片。
[0009]作为优选的，所述流体增压加速腔体为渐变截面腔体。
[0010]作为优选的，所述流体增压加速腔体为突变截面腔体。
[0011]作为优选的，当两个所述驱动单元分别带动活塞杆推动活塞在活塞缸内运动时，两侧活塞的运动方向一致。
[0012]作为优选的，所述驱动单元为可控式的驱动单元。
[0013]作为优选的，所述夹具的一端与所述流体增压加速腔体以螺纹方式或者以快夹方式连接，所述夹具的另一端通过可调节的夹套与工件连接。
[0014]作为优选的，所述夹具与流体增压加速腔体的连接处以及所述夹具与与工件的连接处分别设有密封机构。
[0015]实施本实用新型的一种针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，与现有技术相比较，能够应用到实际生产的环节中，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，具体说来具有如下有益效果:
[0016](I)本实用新型利用具有流动性的磨料对被加工的工件孔内表面进行往复运动摩擦、碰撞去除毛刺和降低孔内表面的粗糙度的原理，实现了各类型的孔内表面去毛刺和抛光，简化了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；同时，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，尤其针对具有集群阵列微孔的工件可同时抛光所有的微孔，进一步提高了加工效率；
[0017](2)本实用新型通过保护架的设置，有效防止集群微孔工件在夹持和抛光过程中由于硬度不够而碎裂。
[0018](3)本实用新型通过变截面腔体的设计，以减小抛光液流动横截面而增加抛光液的流动速度和压强来解决磨粒流压力不足、流动速度慢的难题；
[0019](4)本实用新型通过可控式驱动单元的设置，可根据加工工件的精度要求调节活塞移动速度、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。
【附图说明】
[0020]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。
[0021 ]图1是本实用新型针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置的一实施例的结构示意图；
[0022]图2是于图1所示结构A-A处的截面图；
[0023]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.工件，8.保护架，9.抛光液。
【具体实施方式】
[0024]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。
[0025]如图1和图2所示，本实用新型的一实施例，一种针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其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、夹具6及保护架8;所述保护架8匹配地设置于工件7的左右两端且与工件孔相连通;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I，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I连接，所述驱动单元I可带动所述活塞3在所述活塞缸4内往复运动。其中，所述夹具6用于夹持工件7并使工件7定位和固定;所述流体增压加速腔体5、活塞缸4、活塞3、夹具6、保护架8与工件7形成相连通的密闭通道。
[0026]具体实施时，保护架8为与具有集群阵列微孔的工件7—样并开有同样集群阵列微孔的钢片，可将叠放在一起的工件7定位夹持在中间，用于防止集群微孔工件7在夹持和抛光过程中由于硬度不够而碎裂。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I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I优选为可控式的驱动单元，可根据加工工件7的精度要求调节活塞3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。
[0027]应用本实用新型的自增压高速磨粒流抛光装置抛光集群微孔，其包括如下步骤:
[0028]步骤一:将多个型号一样的具有集群阵列微孔的工件7叠放在一起，用两个保护架8将叠放在一起的工件7定位夹持在中间，保证所有的孔连通;将安装好保护架8的多个具有集群阵列微孔的工件7用夹具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。
[0029]步骤二:配制抛光液9。需要说明的是，该抛光液9可以是液相抛光液、半固相抛光液、或气相抛光液。
[0030]步骤三: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、保护架8与工件7形成相连通的密闭通道中。
[0031]步骤四:启动驱动单元I，带动活塞杆2推动活塞3在活塞缸4内运动，抛光液9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，高速流动的抛光液9中的磨粒摩擦、碰撞工件孔内表面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，在另一侧的驱动单元I的作用下抛光液9被压缩加速后高速反向射入工件孔内，完成工件孔内表面的反向抛光，完成一个加工循环。在步骤四中，可根据加工工件7的精度要求，通过可控式的驱动单元I配置的控制器，调节活塞3移动速度(如:10m/min)、设置循环抛光次数及时间(如:1.5小时)。
[0032]步骤五:加工1.5小时后手动或自动关闭驱动单元I，完成工件孔内表面的抛光，获得孔内表面无毛刺、表面粗糙度低的集群阵列微孔，实现超精密加工效果。
[0033]从上述实施例可以看出，本实用新型的自增压高速磨粒流抛光装置，利用具有流动性的磨料对被加工的工件孔内表面进行往复运动摩擦、碰撞去除毛刺和降低孔内表面的粗糙度的原理，实现了集群微孔内表面去毛刺和抛光，简化了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。同时，由于保护架的设置，有效防止集群微孔工件在夹持和抛光过程中由于硬度不够而碎裂。
[0034]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，尤其针对具有集群微孔的工件可同时抛光所有的微孔，进一步提高了加工效率。
[0035]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。
【主权项】
1.一种针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，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、夹具及保护架;所述保护架匹配地设置于工件的左右两端且与工件孔相连通;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。2.根据权利要求1所述的针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，所述保护架为与具有集群微孔的工件一样并开设有同样集群微孔的钢片。3.根据权利要求1所述的针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，所述流体增压加速腔体为渐变截面腔体。4.根据权利要求1所述的针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，所述流体增压加速腔体为突变截面腔体。5.根据权利要求1所述的针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，当两个所述驱动单元分别带动活塞杆推动活塞在活塞缸内运动时，两侧活塞的运动方向一致。6.根据权利要求1所述的针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，所述驱动单元为可控式的驱动单元。7.根据权利要求1所述的针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，所述夹具的一端与所述流体增压加速腔体以螺纹方式或者以快夹方式连接，所述夹具的另一端通过可调节的夹套与工件连接。8.根据权利要求7所述的针对集群微孔的自增压高速磨粒流抛光装置，其特征在于，所述夹具与流体增压加速腔体的连接处以及所述夹具与工件的连接处分别设有密封机构。
【文档编号】B24B31/116GK205465650SQ201521047554
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月15日
【发明人】陈润, 路家斌, 阎秋生, 张晓伟, 梁华卓
【申请人】广东工业大学