一种液体磁性磨具孔光整加工装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103286642 A (43)申请公布日 2013.09.11 CN 103286642 A *CN103286642A* (21)申请号 201310186531.X (22)申请日 2013.05.14 B24B 1/00(2006.01) (71)申请人 太原理工大学 地址 030024 山西省太原市迎泽西大街 79 号 (72)发明人 孙桓五 孟强 吴正雨 周钦 (54) 发明名称 一种液体磁性磨具孔光整加工装置 (57) 摘要 本发明公开了一种液体磁性磨具孔光整加工 装置， 它包含驱动缸和储料缸， 所述的驱动缸和储 料缸之间通过中连盖连接成一体， 所述驱动。

2、缸的 上端安装有前端盖， 所述储料缸的下端安装有后 端盖， 所述的驱动缸内安装有驱动缸活塞， 该驱 动缸活塞的下端与活塞杆相连， 该活塞杆的另一 端穿过中连盖延伸到储料缸内并安装有储料缸活 塞， 所述驱动缸壳体上位于中连盖的附近安装有 与其内部相通的回油口。 本发明在施加磁场后， 在 外部磁场的作用下其粘度迅速提高， 从而沿着孔 壁表面形成具有一定剪切屈服应力的研磨介质， 从而实现对各种孔内壁的光整、 研磨和去毛刺等 加工， 具有很强的表面适应性和通用性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利。

3、要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103286642 A CN 103286642 A *CN103286642A* 1/1 页 2 1. 一种液体磁性磨具孔光整加工装置， 其特征在于它包含驱动缸和储料缸， 所述的驱 动缸和储料缸之间通过中连盖连接成一体， 所述驱动缸的上端安装有前端盖， 所述储料缸 的下端安装有后端盖， 所述的驱动缸内安装有驱动缸活塞， 该驱动缸活塞的下端与活塞杆 相连， 该活塞杆的另一端穿过中连盖延伸到储料缸内并安装有储料缸活塞， 所述驱动缸壳 体上位于中连盖的附近安装有与其内部相通的回油口， 该回油口上安装有回油直通接头， 所述储料缸的储料缸壳体。

4、一侧安装有与其内部相通的空气过滤器， 该空气过滤器位于中连 盖和储料缸活塞之间， 所述储料缸的下端一侧通过直通接头与第一单向阀相连， 该第一单 向阀的另一端安装有法兰盘， 所述后端盖的中心处安装有第二单向阀， 该第二单向阀的另 一端与管道相连， 该管道上安装有流量计。 2. 根据权利要求 1 所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置， 其特征在于所述的驱动 活塞和储料缸活塞通过 O 型圈和斯特封分别与驱动缸壳体和储料缸壳体的内壁密封连接。 3. 根据权利要求 1 所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置， 其特征在于所述驱动缸 壳体的上端安装有与其内部空间相通的三通接头， 该三通接头的一端为进油口， 。

5、另一端与 压力表相连。 4. 根据权利要求 1 所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置， 其特征在于所述储料缸 壳体的内壁上设有一层聚四氟乙烯衬里。 5. 根据权利要求 1 所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置， 其特征在于所述的中连 盖与驱动缸之间通过驱动缸定位销固定。 6. 根据权利要求 1 所述的一种液体磁性磨具孔光整加工装置， 其特征在于所述的中连 盖与储料缸之间通过储料缸定位销固定。 7. 一种液体磁性磨具孔光整加工工艺 ： 1. 将液体磁性磨具自由流入到待加工的工件 孔中 ； 2. 启动液体磁性磨具孔光整加工装置对待加工工件孔内的液体磁性磨具施加磁场。 权 利 要 求 书 CN 10。

6、3286642 A 2 1/5 页 3 一种液体磁性磨具孔光整加工装置 技术领域 0001 本发明涉及机械产品光整加工领域， 具体涉及一种液体磁性磨具孔光整加工装 置。 背景技术 0002 孔 ( 包括普通孔、 小孔、 台肩孔、 交叉孔、 异形孔等 ) 作为一种常见的加工特征， 广 泛存在于生物、 医疗器械、 汽车、 电子、 通讯、 航空航天和流体控制等领域相关产品的零部件 之中， 其表面质量对整个产品的性能、 寿命、 可靠性、 稳定性等具有十分重要的影响。 随着现 代高速、 高精度设备的发展， 对零件的表面质量也提出了越来越高的要求， 提高和改善零部 件的表面质量已经成为改善产品性能、 提高。

7、产品可靠性和延长产品寿命的重要途径之一， 但是对小孔 ( 主要指孔径小于 5mm)、 台肩孔、 交叉孔、 异形孔及小管内壁面的精密光整加工 一直是机械制造业面临的一个难题。由于传统的孔精密加工方法 ( 如镗孔、 珩磨、 研磨、 滚 压等均需要磨具进入加工表面 ) 难以满足加工要求， 研究人员提出了一些非传统光整加工 技术和复合光整加工技术， 这些技术利用电能、 磁能、 声能、 光能、 化学能或者采用多种加工 方法的复合作用， 进行优势互补来实现对材料的光整加工和处理， 取得了很多研究成果。 其 中化学抛光、 电化学抛光、 磁性研磨、 挤压珩磨 ( 磨料流加工 )、 超声波光整加工等已经在实 践。

8、得到了应用， 并在一些孔表面精密光整加工中取得了较好的效果， 但是这些加工技术都 有各自的最佳应用范围， 在小孔， 特别是台肩孔、 交叉孔、 异形孔等光整加工方面存在着不 足或一定的局限性， 难以满足现代制造业对孔精密光整加工的要求。 0003 以具有较强的形状适应能力的电化学抛光为例， 该方法只能加工导电材料， 并且 对电极有较严格的要求， 对于直径小于 5mm 的孔， 电极制作困难， 难以布放， 甚至无法加工。 挤压珩磨 ( 又称磨料流加工 ) 加工技术比较适合进行孔的加工， 它利用携带磨料的粘弹性 基体介质 ( 研磨介质 )， 在一定压力下使磨料中的磨粒在被加工表面反复运动， 产生切削作。

9、 用实现光整加工， 但是由于挤压珩磨采用的磨料具有一定的黏性， 因此在加工小孔时清洗 困难， 当孔径低于 2mm 时， 可能堵塞小孔， 导致无法加工 ； 此外， 挤压珩磨是通过较高的压力 使磨料膨胀来实现加工的， 因此在加工一些薄壁孔时， 会出现工件变形。 发明内容 0004 本发明目的是在于解决各种孔的光整加工和去毛刺难题， 而提供一种结构简单、 操作方便的液体磁性磨具孔光整加工装置。 0005 为了解决背景技术中所存在的问题， 它包含驱动缸和储料缸， 所述的驱动缸和储 料缸之间通过中连盖连接成一体， 所述驱动缸的上端安装有前端盖， 所述储料缸的下端安 装有后端盖， 所述的驱动缸内安装有驱动。

10、缸活塞， 该驱动缸活塞的下端与活塞杆相连， 该活 塞杆的另一端穿过中连盖延伸到储料缸内并安装有储料缸活塞， 所述驱动缸壳体上位于中 连盖的附近安装有与其内部相通的回油口， 该回油口上安装有回油直通接头， 所述储料缸 的储料缸壳体一侧安装有与其内部相通的空气过滤器， 该空气过滤器位于中连盖和储料缸 说 明 书 CN 103286642 A 3 2/5 页 4 活塞之间， 所述储料缸的下端一侧通过直通接头与第一单向阀相连， 该第一单向阀的另一 端安装有法兰盘， 所述后端盖的中心处安装有第二单向阀， 该第二单向阀的另一端与管道 相连， 该管道上安装有流量计。 0006 所述的驱动活塞和储料缸活塞通过。

11、 O 型圈和斯特封分别与驱动缸壳体和储 料缸 壳体的内壁密封连接。 0007 所述驱动缸壳体的上端安装有与其内部空间相通的三通接头， 该三通接头的一端 为进油口， 另一端与压力表相连。 0008 所述储料缸壳体的内壁上设有一层聚四氟乙烯衬里。 0009 所述的中连盖与驱动缸之间通过驱动缸定位销固定。 0010 所述的中连盖与储料缸之间通过储料缸定位销固定。 0011 一种液体磁性磨具孔光整加工工艺 ： 1. 将液体磁性磨具自由流入到待加工的工 件孔中 ； 2. 启动液体磁性磨具孔光整加工装置对待加工工件孔内的液体磁性磨具施加磁 场。 0012 由于采用了以上技术方案， 本发明具有以下有益效果 。

12、： 0013 1. 驱动活塞和储料缸活塞外表面的 O 型圈和斯特封大大提高了装置的密封性， 且 设置在储料缸壳体内壁上的聚四氟乙烯， 由于其材料特性不会粘附任何物质， 摩擦系数极 低， 有效地减轻磨损 ； 0014 2. 压力表可有效的反馈活塞行程信息， 及时切换油路， 保护了装置， 提高了设备工 作的可靠性 ； 0015 3. 既能产生高压还能将驱动部件和磨具分开， 而且结构简单， 造价低， 便于拆卸、 维修 ； 0016 4. 由于液体磁性磨具具有流变性， 在没有施加外部磁场前液体磁性磨具呈现自由 流动液体状态， 能与工件的表面及型腔充分接触， 施加磁场后， 在外部磁场的作用下其粘度 迅速。

13、提高， 从而沿着孔壁表面形成具有一定剪切屈服应力的研磨介质， 从而实现对孔 ( 包 括普通孔、 小孔， 台肩孔、 交叉孔、 异形孔及细管内壁等 ) 内壁的光整、 研磨和去毛刺等加 工， 具有很强的表面适应性和通 用性 ； 0017 5. 可以实现对各种金属材料零件、 陶瓷材料零件等的光整加工 ； 0018 6. 由于该装置的光整加工是一种柔性加工， 加工时工件不会承载过大的外力， 加 工热也会被液体磁性磨具带走， 因此不会产生表面和次表面损伤， 有害残余应力较小 ； 0019 7. 加工过程中具有良好的可控性， 液体磁性磨具流经工件孔时的饱和剪切屈服应 力由液体磁性磨具的组分决定， 剪切屈服应。

14、力可以通过磁场强度实现动态的控制， 液体磁 性磨具流经工件孔时的速度与流量可以通过挤压装置进行动态控制， 从而可以方便实现对 光整加工材料去除率的动态控制 ； 0020 8. 孔内壁光整加工材料去除率和最终加工表面质量可以通过液体磁性磨具饱和 屈服应力、 磨料类型、 磨料粒度、 磁场强度、 液体磁性磨具流速、 液体磁性磨具压力、 加工时 间等参数控制。 附图说明 0021 为了更清楚地说明本发明， 下面将结合附图对实施例作简单的介绍。 说 明 书 CN 103286642 A 4 3/5 页 5 0022 图 1 是本发明的结构示意图 ； 0023 图 2 本发明具体实施方式的工作原理示意图 。

15、； 0024 图 3 本发明中实施例 2 挤压研磨后的表面形貌对比图 ； 0025 其中 ： 0026 1. 前端盖 ； 2. 压力表 ； 3. 三通接头 ； 4. 进油口 ； 5. 驱动缸 ； 6. 回油口 ； 7. 回油直 通接头 ； 8.空气过滤器 ； 9.储料缸 ； 10.法兰盘 ； 11.第一单向阀 ； 12.直通接头 ； 13.第二单 向阀 ； 14. 流量计 ； 15.O 型圈 ； 16. 驱动缸活塞 ； 17. 斯特封 ； 18. 活塞杆 ； 19. 驱动缸壳体 ； 20. 定位销 ； 21 中连盖 ； 22. 定位销 ； 23 储料缸活 塞 ； 24. 聚四氟乙烯衬里 ； 2。

16、5. 储料缸壳 体 ； 26. 后端盖 ； 27. 液压泵 ； 28. 手动换向阀 ； 29. 出料口 ； 30. 工件 ； 31. 回收器。 具体实施方式 0027 为了使本发明实现的技术手段、 创作特征、 达成目的与功效易于明白了解， 下面将 结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述。 0028 参看图 1， 本具体实施方式是采用以下技术方案予以实现， 它包含驱动缸 5 和储料 缸 9， 所述的驱动缸 5 和储料缸 9 之间通过中连盖 21 连接成一体， 所述驱动缸 5 的上端安 装有前端盖 1， 所述储料缸 9 的下端安装有后端盖 26， 所述的驱动缸。

17、 5 内安装有驱动缸活塞 16， 该驱动缸活塞 16 的下端与活塞杆 18 相连， 该活塞杆 18 的另一端穿过中连盖 21 延伸到 储料缸 9 内并安装有储料缸活塞 23， 所述驱动缸壳体 19 上位于中连盖 21 的附近安装有与 其内部相通的回油口 6， 该回油口 6 上安装有回油直通接头 7， 所述储料缸 9 的储料缸壳体 25 一侧安装有与其内部相通的空气过滤器 8， 该空气过滤器 8 位于中连盖 21 和储料缸活塞 23 之间， 所述储料缸 9 的下端一侧通过直通接头 12 与第一单向阀 11 相连， 该第一单向阀 11的另一端安装有法兰盘10， 所述后端盖26的中心处安装有第二单向。

18、阀13， 该第二单向阀 13 的另一端与管道相连， 该管道上安装有流量计 14。 0029 所述的驱动活塞 16 和储料缸活塞 23 通过 O 型圈 15 和斯特封 17 分别与驱动缸壳 体 19 和储料缸壳体 25 的内壁密封连接。 0030 所述驱动缸壳体 19 的上端安装有与其内部空间相通的三通接头 3， 该三通接头 3 的一端为进油口 4， 另一端与压力表 2 相连。 0031 所述储料缸壳体 25 的内壁上设有一层聚四氟乙烯衬里 24。 0032 所述的中连盖 21 与驱动缸 5 之间通过驱动缸定位销 20 固定。 0033 所述的中连盖 21 与储料缸 9 之间通过储料缸定位销 2。

19、2 固定。 0034 一种液体磁性磨具孔光整加工工艺， 1. 将液体磁性磨具自由流入到待加工的工件 孔中 ； 2.启动液体磁性磨具孔光整加工装置对待加工工件孔内的液体磁性磨具施加磁场。 0035 下面结合图 1-2 对本具体实施方式中技术方案的工作原理和使用方法作进一步 的阐述 ： 0036 1. 系统进料 0037 将液压泵 27 的手动换向阀 28 打到右位， 此时驱动缸 5 的进油口 4 开始进油， 回油 口 6 回油， 活塞右行 ； 当活塞右行到最右端时， 压力表 2 的压力开始上升， 将液压泵 27 的手 动换向阀 28 打到中位， 驱动缸 5 暂停运行 ； 将法兰盘 10 和回收器。

20、 31 的输送管道相连， 再将 液压泵 27 的手动换向阀 28 打到左位， 此时驱动缸 5 的回油口 6 进油， 进油口 4 开始回油， 说 明 书 CN 103286642 A 5 4/5 页 6 活塞左行， 此时第二单向阀 13 自动关闭， 第一单向阀 11 自动开通， 液体磁性磨具从回收器 31 进入到储料缸 9 中 ； 当活塞运行到最左端时， 压力表 2 的压力开始上升， 将液压泵 27 的 手动换向阀 28 打到中位， 驱动缸 5 暂停运动， 系统初始进料完毕 0038 2. 研磨行程 0039 继进料完毕后， 将液压泵 27 的手动换向阀 28 打到右位， 驱动缸 5 的进油口 。

21、4 开 始进油， 回油口 6 回油， 活塞右行， 此时第一单向阀 11 自动关闭， 单向阀 13 自动开通， 在活 塞的挤压作用下， 储料缸 9 中的液体磁性磨具被迫通过出料口 29 经过流量计 14 后进入工 件 30 的小孔， 进入孔中的液体磁性磨具在磁场的作用下发生相变， 磨具中的磁性微粒形成 链状结构， 磁性链就相当于通常砂 轮中的黏结剂一样将非磁性的磨料夹持在磁性微粒链 与磁性微粒链之间， 并根据被加工工件 30 表面的形状沿孔内壁自动形成一个研磨加工接 触面。在液体磁性磨具流动趋势的推动下， 与工件 30 表面接触的磨料就会与工件 30 表面 产生滑动， 并对工件 30 表面进行滑。

22、擦， 滚压及微切削。当活塞运行至最右端时， 压力表 2 的 压力开始上升， 将液压泵 27 的手动换向阀 28 打到中位， 驱动缸 5 暂停运行， 研磨行程完毕。 此后开始进料行程， 如此往复即可实现对各种孔和孔壁内表面的精密加工。 0040 实施例 1 ： 0041 1. 牌号 1030# 液体磁性磨具的研制 0042 将 5.9g 的十二烷基磺酸钠加到 195ml 去离子水中， 加热搅拌至完全溶解， 在低转 速(500rpm)下再加入牌号为RXe(3um)的羰基铁粉197g， 绿碳化硅(600#)200克， 提高转速 至 1000rpm， 在电子搅拌器上搅拌 6 小时， 搅拌完后静置 24。

23、 小时， 沉降率小于 5。 0043 实施例 2 ： 0044 为了更好的研究液体磁性磨具光整加工孔的应用材质范围， 选用了 59# 铜、 LY12# 铝和 316# 不锈钢三种材质的喷孔试件， 喷孔试件的内孔直径大小有 1mm、 2mm 和 3mm 三种， 内孔通过数控机床或普通钻床钻出直径为 1mm 的铜试件， 其它材质和孔径的喷孔试件外形 和此铜试件的外形一致， 就不一一列出。 由于喷孔试件的内孔直径非常小， 在测量喷孔试件 内壁粗糙度和观察表面形貌时无法直接测量和观察， 因此采用线切割技术将其剖开后再测 量其内壁表面粗糙度值， 观察表面形貌， 粗糙度测试仪型号为 Mahr-PGK120。

24、， 扫描电子显微 镜型号为 EVO/MA15。 0045 1. 材质为 49# 铜 0046 喷孔试件通过数控机床加工而成， 磨料粒度是 600 目， 试件的孔径为 1mm。不同加 工时间粗糙度值变化情况如表 1 所示。 0047 表 1 孔径为 1mm 铜喷孔试件光整加工后粗糙度值 0048 试件号12345 加工时间 (min)05101520 粗糙度值 (um)1.0780.7360.5140.4120.355 0049 2. 材质为 LY12# 铝 0050 喷孔试件通过普通机床加工而成， 孔径是 3mm， 磨料粒度是 320 目。喷孔试件加工 不同时间后粗糙度值如表 2 所示。 00。

25、51 表 2LY12# 铝喷孔试件光整加工后粗糙度值 0052 说 明 书 CN 103286642 A 6 5/5 页 7 试件号1234 加工时间 (min)051015 粗糙度值 (um)3.345 2.756 1.864 1.594 0053 3. 材质为 316# 不锈钢 0054 喷孔试件通过数控机床加工而成， 孔径是 2mm， 磨料粒度是 600 目， 喷孔试件加工 不同时间后粗糙度值如表 3 所示。 0055 表 3316# 不锈钢喷孔试件光整加工后粗糙度值 0056 0057 0058 通过表 1、 表 2、 表 3 可以发现， 光整加工后各材质各孔径的喷孔试件 Ra 值都明。

26、显 减小。 0059 对49#铜试件中的第二组试件使用扫描电子显微镜(EVO/MA15)观察了表面形貌， 将表面形貌放大了 200 倍， 如图 3 所示， 通过 SEM 我们可以看到光整加工前后形貌发生了明 显的变化， 加工前表面加工纹理很深， 较粗糙， 加工10min后纹理明显减弱， 加工20min后纹 理基本消失。通过实验结果可以看出本发明对光整加工孔内壁表面具有良好的效果， 表面 粗糙度值明显降低。 0060 最后应说明的是 ： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制 ； 尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替 换 ； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。 说 明 书 CN 103286642 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103286642 A 8 2/2 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103286642 A 9 。