基于非牛頓流體剪切增稠機理的孔內(nèi)壁拋光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超精密加工領(lǐng)域，尤其是一種基于非牛頓流體剪切增稠機理的孔類零 件內(nèi)壁的拋光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國工業(yè)的發(fā)展，機械化程度的不斷提高，人們對機械的自動化水平、工作效 率和工作精度的要求也越來越高，而零件的加工質(zhì)量將決定一個零件的工作精度、性能、使 用壽命。以上要求無不是通過提高零部件的加工精度和其表面質(zhì)量為前提進行的。我國從 80年代開始，就對拋光加工技術(shù)進行了許多探索，特別是對非傳統(tǒng)的拋光加工，如計算機控 制表面成型、磁場輔助拋光、磨粒流拋光以及氣囊拋光等方法的發(fā)展，對我國整體零件的拋 光加工水平的提高起到了至關(guān)重要的作用。當(dāng)然，我國的機械制造水平和國外（如：德國、 日本），不僅僅差距在表面質(zhì)量上，其整個制造環(huán)節(jié)都有一定的差距。
[0003] 在各種類型表面的拋光加工中，對內(nèi)孔表面的加工難度較大，已成為研究拋光加 工的重中之重。傳統(tǒng)的內(nèi)孔表面加工都是由純?nèi)斯みM行，效率極低，并且內(nèi)孔的表面質(zhì)量 以及形狀精度不容易控制。近年典型的加工方法如磨粒流加工，加工效率和效果都很好， 但是由于其用的研磨介質(zhì)為粘彈性磨料，這就導(dǎo)致了其使用范圍的局限性，有些零件的內(nèi) 孔表面要求不能沾有粘性物質(zhì)，而磨粒流加工完成后，會在工件表面留下一層潤滑物質(zhì)，這 是很多工件不允許的。而且磨料的價格較高，所以加工成本比較高，對于比較脆弱的薄壁 零件，由于磨料流加工是利用施加在夾具兩端的壓力進行加工的，所以這種較脆弱的零件 也不適合利用磨粒流方法加工。氣粒兩相流加工目前也還不太成熟，由于其上必須連接通 氣管道，這樣就導(dǎo)致其不能對長孔進行加工，而且對氣粒兩相流加工頭的定位和內(nèi)孔原表 面精度具有一定的要求，不同孔徑的表面需要不同直徑的氣粒兩相加工頭，所以在實際應(yīng) 用上還有待進一步研究。太原理工大學(xué)楊勝強等人提出了一種具有自適應(yīng)能力的內(nèi)孔表 面光整加工方法，根據(jù)該方法設(shè)計的裝置由兩部分組成，分別為根據(jù)離心原理設(shè)計的柔性 光整頭和根據(jù)螺旋傳動原理設(shè)計的自動進給裝置。柔性光整頭利用油石棒磨削內(nèi)孔表面， 其加工孔徑范圍為φ 16 5 m m~φ23 0m m。自動進給裝置具有一定的自適應(yīng)能力，可以在 φ244±10ηπη的孔徑范圍沿軸線往復(fù)運動，在自動進給裝置的帶動下，柔性光整頭沿管道 軸線對內(nèi)孔表面進行光整加工。該方法的設(shè)計思路很好，但是由于項目經(jīng)費、加工條件受限 等關(guān)鍵問題沒有解決，要真正應(yīng)用到生產(chǎn)還需進一步研究。
[0004] 專利（CN201210192915.8)公開了一種基于非牛頓流體剪切增稠效應(yīng)的超精密曲 面拋光方法?；诜桥ｎD流體剪切增稠效應(yīng)的拋光方法，主要是利用拋光液與工件接觸部 分受剪切而增稠，接觸區(qū)域的拋光液的粘度增大，增強了對磨?；蛭⒎鄣陌殉至Γ瑨伖庖褐?具有拋光作用的磨?；蛭⒎蹖ぜa(chǎn)生微切削作用或化學(xué)機械作用實現(xiàn)工件表面材料的 去除，從而實現(xiàn)對工件表面的拋光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服目前的孔內(nèi)壁拋光過程中效率較低、質(zhì)量較差、成本高的不足，本發(fā)明提 出了一種適用范圍廣、效率高、質(zhì)量好、成本低、環(huán)保、裝置結(jié)構(gòu)簡單的基于非牛頓流體剪切 增稠機理的孔內(nèi)壁拋光裝置。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于非牛頓流體剪切增稠機理的孔內(nèi)壁拋光裝置，包括拋光池、拋光液循環(huán) 系統(tǒng)、拋光工具和工件夾具，所述拋光池內(nèi)放置拋光液，所述的拋光液為在具有剪切增稠效 應(yīng)的非牛頓流體中添加磨?；蛭⒎鄣膾伖庖海?br>[0008] 所述拋光工具位于拋光池內(nèi)且與待加工的工件內(nèi)孔壁保持加工間隙，所述工件夾 具位于拋光工具的下方，所述拋光工具、工件夾具和待加工的工件均位于拋光池的液面下 方；
[0009] 所述工件夾具與工件驅(qū)動機構(gòu)連接，所述拋光工具與拋光工具驅(qū)動機構(gòu)連接，所 述拋光液循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)進口與所述拋光池的底部出口連通，所述拋光液的循環(huán)出口與所 述拋光池的上部入口連通。
[0010] 進一步，所述的拋光工具形狀為圓柱式、螺桿式或葉片式。當(dāng)然，也可以采用其他 形狀。
[0011] 所述圓柱式拋光工具的柱面紋理為平滑形、標(biāo)準(zhǔn)齒形、寬齒形、交叉齒形、豎直槽 形或圓環(huán)槽形。
[0012] 再進一步，所述拋光工具的旋轉(zhuǎn)軸心線與工件的旋轉(zhuǎn)軸心線存在確定的偏距。當(dāng) 然，所述拋光工具的旋轉(zhuǎn)軸心線與工件的旋轉(zhuǎn)軸心線也可以重合。
[0013] 所述的拋光工具外壁與待加工的工件內(nèi)孔的內(nèi)壁的最小間隙保持在0. 2~5mm。
[0014] 更進一步，所述的拋光液循環(huán)系統(tǒng)中，上循環(huán)管路的上端與拋光池的右上端的上 部入口連接，上循環(huán)管路的下端與拋光液過濾裝置的上端連接；中循環(huán)管路的上端與拋光 液過濾裝置的下端連接，中循環(huán)管路的下端與栗的輸出連接；下循環(huán)管路的上端與拋光池 的左下端的底部出口連接，下循環(huán)管路的下端與栗的輸入連接。
[0015] 所述的拋光液過濾裝置包括過濾大顆粒磨?；螂s質(zhì)的濾網(wǎng)和添加或取出拋光液 的進出料口。
[0016] 所述的拋光工具與用于驅(qū)動拋光工具上下左右移動及轉(zhuǎn)動的拋光工具驅(qū)動機構(gòu) 連接，所述的工件夾具與用于驅(qū)動工件轉(zhuǎn)動的工件驅(qū)動機構(gòu)連接。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：將待加工的孔類工件安裝在工件夾具上，通過控制拋光 工具驅(qū)動將拋光工具移動到工件孔內(nèi)，并且使拋光工具外壁與孔內(nèi)壁的最小間隙調(diào)整到 0. 2~5mm之間。在拋光池中加入非牛頓流體剪切增稠拋光液，啟動驅(qū)動，調(diào)整工件與拋光 工具的轉(zhuǎn)速以及拋光工具上下移動的直線速度，并使工件與拋光工具的轉(zhuǎn)向相反。由于工 件與拋光工具做相對運動，從而使拋光液在工件內(nèi)壁與拋光工具間隙處受剪切作用發(fā)生剪 切增稠現(xiàn)象，該區(qū)域的拋光液的粘度增大，增強了對磨?；蛭⒎鄣陌殉至?，拋光液中具有拋 光作用的磨?；蛭⒎蹖ぜ?nèi)壁表面產(chǎn)生微切削作用，從而迅速去除工件表面材料，表面 粗糙度也迅速減小。工件的自轉(zhuǎn)以及拋光工具勻速上下移動可以保證孔內(nèi)壁拋光后具有良 好的形狀精度。拋光液循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置可以使工作中發(fā)熱、增稠的拋光液盡快恢復(fù)常溫流 體狀態(tài)，并通過栗的作用，使其重新輸入到拋光池進行循環(huán)拋光使用，從而可以實現(xiàn)對工件 孔內(nèi)壁持續(xù)高效高質(zhì)量拋光。本發(fā)明不僅可以對單獨的孔類零件進行加工，而且可以對整 體工件上的盲孔、通孔進行拋光加工。
[0018] 本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：（1)本發(fā)明通過調(diào)整拋光工具旋轉(zhuǎn)軸心線與工件 旋轉(zhuǎn)軸心線的偏距，可以實現(xiàn)一種拋光工具應(yīng)用于多種尺寸工件的孔內(nèi)壁拋光。（2)本發(fā)明 可實現(xiàn)對孔類工件的高效率，高質(zhì)量加工，并且能保證孔類工件加工后具有良好的圓度與 圓柱度一致性。（3)本發(fā)明裝置成本低，易于實現(xiàn)，且拋光裝置整體結(jié)構(gòu)簡單。
【附圖說明】
[0019] 圖1是基于非牛頓流體剪切增稠機理的孔內(nèi)壁拋光裝置示意圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明裝置中拋光工具形狀為葉片式時對工件拋光的示意圖。
[0021] 圖3是拋光工具形狀為圓柱式的示意圖，其中，（1