一种大口径直管磨粒流镜面抛光的方法与夹具技术

本发明专利技术属于磨粒流精密加工技术领域，具体涉及一种大口径直管磨粒流镜面抛光的方法与夹具

【技术实现步骤摘要】
一种大口径直管磨粒流镜面抛光的方法与夹具


[0001]本专利技术属于磨粒流精密加工
，具体涉及一种大口径直管磨粒流镜面抛光的方法与夹具
。

技术介绍

[0002]目前阶段使零件表面质量
Ra
为
0.05
μ
m
～
0.8
μ
m
的加工技术称之为镜面抛光；通过镜面抛光可以使零件表面性能更加可靠和优异，在国防工业
、
航空航天工业
、
微电子工业
、
生物医学工程以及家用电器等领域都期望零件实现镜面抛光
。
[0003]随着科学技术和制造业的发展，化工反应的反应管，液压的活塞管，通信领域的波导管对口径
>60mm
的直管零件需求越来越大，其长径比通常大于
10:1
，内腔常包含微细槽和凸台结构
。
这些直管通常需要具备表面粗糙度
Ra
为
0.05
μ
m
～
0.8
μ
m
的镜面抛光才能充分保证其使用性能
。
此外这些口径
>60mm
的直管件还需兼具使用环境所要求的防腐
、
高温
、
高压
、
防氧化
、
防辐射
、
绝缘
、
耐摩擦等性能，因此有时会在直管的内壁作特殊涂层表面处理，涂层的厚度以及涂层表面粗糙度是影响零件性能的关键因素，也需要进行粗糙度
Ra
为
0.05
μ
m
～
0.8
μ
m
的镜面抛光
。
[0004]大口径直管零件的传统抛光工艺主要为机械磨削加工，如珩磨和衍磨
。
机械磨削加工的特点是通过刀具与工件表面进行微切削抛光，因此会在工件表面产生刀纹，最终可达到的粗糙度
Ra
一般为
0.2
μ
m
～
0.8
μ
m
，无法满足苛刻条件下
Ra
为
0.05
μ
m
～
0.2
μ
m
的表面粗糙度要求
。
此外机械磨削加工对于表面覆有特殊性能的涂层材料的直管，机加工刀具会对直管壁面的涂层造成一定的刮蹭，降低零件涂层的厚度和均一性，甚至将涂层局部从基体剥离，从而影响零件的涂层性能
。
此外大口径直管零件内部若含有微细环槽和台阶结构时，机械磨削加工的刀具因工具可达性限制甚至无法加工
。
此外还有一些常见的特种加工方法如化学
/
电化学抛光
、
超声波抛光和磁流体抛光等
。
化学
/
电化学抛光所用的抛光液会腐蚀零件并对环境带来不利影响，同时对材料具有选择性，甚至大部分材料无法使用化学
/
电化学抛光技术
。
磁流体抛光由于使用的磁针硬度较低，待加工材料比磁针更硬时无法抛光
。
针对不同材料的直管抛光或管壁表面有涂层时的抛光，以及大口径直管零件内部含有微细环槽和台阶结构时的抛光
。
以上几种抛光技术对管壁达到镜面抛光粗糙度
Ra
为
0.05
μ
m
～
0.8
μ
m
时具有明显的局限性
。
[0005]磨粒流抛光技术是利用一种具有半流动状态的粘弹性蠕变流体在一定的压力驱动下往复流过零件的被加工表面，利用其磨粒的挤压磨削作用对材料表面进行抛光，是一种柔性的微切削精密抛光技术，其可以满足抛光后零件表面粗糙度
Ra
为
0.05
μ
m
～
0.8
μ
m
的抛光要求，磨粒流技术属于物理磨削因此基本不受限待加工材料
。
磨粒流抛光技术能够保证抛光效率和经济性，加工过程自动化量化可控
。
因其加工介质是流体磨粒，可以对异形腔体内表面进行抛光，现已广泛用于管件内腔的抛光
。
磨粒流抛光技术还可以根据管件的材料，选取不同的磨粒介质对其进行抛光，从而获取更好的抛光效果
。
[0006]但是目前采用磨粒流加工技术对大口径直管内壁进行镜面抛光时存在以下问题
。
磨粒流抛光设备通过两个柱塞泵推动料缸中的磨粒介质以一定压力和速度往复流过管件内壁实现抛光，要使磨粒在流过管道时对管壁产生微切削作用必须使管件内部流体的压力和速度处于高压高速状态
。
然而对于口径
>60mm
的直管零件，流体在进入管道后，由于过流面积较大，流速和压力衰减很大，所以流体中的磨粒几乎无法对内壁面产生微切削抛光效果
[CN202211343679.5]。
磨粒流技术若要实现对口径
>60mm
的直管零件
Ra
＝
0.05
μ
m
～
0.8
μ
m
的镜面抛光则必须提高柱塞泵的推力进而提高抛光介质流体的压力和流速
。
目前柱塞最大压力能达到
35MPa【CN115519466A】
，对于口径
>60mm
的直管零件，难以将流体和磨粒的流速和压力提高到对材料微切削的临界值，并且在经济实用上也不可取
。
另一个问题是磨粒流抛光介质在管件中运动时，尤其是管件长径比大于
10
：1时，压力会随管路沿程阻力不断衰减，抛光介质在管件的端口处挤压力大切屑力大，在管件中间处的挤压力和切屑力小于端口处，导致管件内部和端口处抛光效果不一致甚至管件端口被挤压变形
。
磨粒流对于内部有微细槽和凸台结构的大口径直管，由于磨粒流抛光介质在管件中运动时会因微细槽和凸台导致管路截面积和过流面积变化，最终导致槽和凸台磨抛效果不一致
。
最后一个问题是磨粒流中的磨粒由于对管壁表面具有较强的挤压切削力，当管壁表面附着涂层时，磨粒压力和流速过高会对直管壁面的涂层造成一定的刮蹭，甚至将涂层局部从基体剥离
。
因此研发一种大口径直管磨粒流镜面抛光方法与夹具具有重要意义
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种大口径直管磨粒流镜面抛光的方法与夹具
。
[0008]本专利技术的实现过程如下：
[0009]一种大口径直管磨粒流镜面抛光的夹具，包括上导流组件
、
下导流组件
、
与大口径直管的内表面结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种大口径直管磨粒流镜面抛光的夹具，其特征在于：包括上导流组件
(1)、
下导流组件
(5)、
与大口径直管
(4)
的内表面结构匹配的仿形芯模
(3)
；所述上导流组件
(1)、
下导流组件
(5)
的中心均设置有用于固定仿形芯模
(3)
的内螺纹孔
(9)
，所述上导流组件
(1)
和下导流组件
(5)
的平面上设有环形进料通孔
(8)
，所述上导流组件
(1)
的环形进料通孔
(8)
和下导流组件
(5)
的环形进料通孔
(8)
位置对应，且在同一轴线上，所述上导流组件
(1)
的下表面
、
下导流组件
(5)
的上表面均设置有用于固定大口径直管
(4)
的凹槽状的台阶环
(10)
；所述仿形芯模
(3)
为光滑仿形柱状结构，仿形芯模
(3)
的高度高于大口径直管
(4)
的高度，所述仿形芯模
(3)
的两端设置有与内螺纹孔
(9)
匹配的外螺纹结构
(6)
；大口径直管
(4)
套在仿形芯模
(3)
的外周，大口径直管
(4)
的两端分别嵌套于上导流组件
(1)
和下导流组件
(5)
的凹槽状的台阶环
(10)
中，仿形芯模
(3)
与大口径直管
(4)
位于同一轴心，仿形芯模
(3)
的两端分别与上导流组件
(1)、
下导流组件
(5)
通过螺纹固定连接；台阶环
(10)
在与大口径直管
(4)
的接触面上设置有高分子尼龙材料垫圈
(2)。2.
根据权利要求1所述夹具，其特征在于：所述仿形芯模
(3)
的高度比大口径直管
(4)
的高度高
10
～
20mm。3.
根据权利要求1所述夹具，其特征在于：所述仿形芯模
(3)
的材质为
45
钢，仿形芯模
(3)
的外围设置有高分子尼龙材料层
。4.
根据权利要求1所述夹具，其特征在于：上导流组件
(1)、
下导流组件
(5)
的材质均为
45
钢
。5.
使用权利要求1所述夹具对大口径直管磨粒流镜面抛光的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)
结构组装；加工一个与大口径直管
(4)
的内表面结构匹配的仿形芯模
(3)
，大口径直管
(4)
套在仿形芯模
(3)
的外周，仿形芯模
(3)
的外表面与大口径直管
(4)
的内壁之间形成磨粒流通道；大口径直管
(4)
的两端分别嵌套于上导流组件
(1)
和下导流组件
(5)
的凹槽状的台阶环
(10)
中，仿形芯模
(3)
与大口径直管
(4)
位于同一轴心，仿形芯模
(3)
的两端分别与上导流组件
(1)、
下导流组件
(5)
通过螺纹固定连接；
(S2)
大口径直管
(4)
和仿形芯模
(3)
的最大间隙
d
max
；设定大口径直管内半径为
R
，仿形芯模的半径为
r
，间隙
d
＝
R
‑
r
存在一个上限值
d
max
，当
d>d
max
时，对于口径
>60mm
的直管零件，在流体进入直管管道后，由于过流面积较大，流速和压力衰减很大，所以流体中的磨粒无法对内壁面产生微切削抛光，不能达到抛光后管件内壁粗糙度
Ra
为
0.05
μ
m
～
0.2
μ
m
的抛光要求；需要找到满足零件表面
Ra
为
0.05
μ
m
～
0.2
μ
m
时所对应的最大间隙值
d
max
，
d
max
通过工程测试得出：磨粒为
100
目～
400
目时，
d
max
＝
0.4R

【专利技术属性】
技术研发人员：米天健，高军帅，王小红，王小康，杨坤，
申请(专利权)人：陕西金信天钛材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：