【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于硬脆材料加工领域，尤其涉及一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具及研磨方法。
技术介绍
1、陶瓷管具有良好的物理化学性能，被广泛的应用到半导体、核能以及航天领域，例如：在核能领域，以碳化硅陶瓷管为内衬管，在半导体领域，以碳化硅管为换热管。此类管件一般长度超过1000mm，内径7～8mm，其不仅具有高硬度及脆性的材料特性，同时具有超大长径比且成品壁厚较薄的结构特点，这就导致大长径比的陶瓷管在加工内孔过程中容易产生损伤，且很难对其管内壁进行精加工，这使得该零件的加工也成为限制我国能源发展的痛点。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具及研磨方法，利用节状的研磨工具来降低研磨工具与管材内壁移动的阻力，实现大长径比的硬脆管材的加工。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案是：
3、一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，为由环形磨头和环形凹槽交替排布而成的大长径比的研磨工具，沿研磨工具的长度方向，其被分为三段，依次为引导段、锥度段和定径段，引导段用于贯穿硬脆管件的内孔，锥度段用于硬脆管件的内孔的研磨和扩孔，定径段用于硬脆管件的内孔的定径研磨；
4、研磨工具经由引导段贯穿于硬脆管件的内孔并拉直，研磨工具旋转，硬脆管件由引导段向定径段侧前进的同时还做往复运动，直至硬脆管件移动至定径段处并被研磨，以实现硬脆管件的内孔的加工。
5、优选地，引导段、锥度段和定径段的长度比
6、优选地，引导段的环形磨头为等径的引导磨头。
7、优选地，锥度段的环形磨头为带有锥度的扩径磨头，沿硬脆管件的前进方向扩径磨头的外径逐渐增加。
8、优选地，定径段的环形磨头为等径的定径磨头。
9、优选地，研磨工具内沿长度方向开有注液通道，环形凹槽处开有贯穿于注液通道的排液孔，向注液通道内注入有研磨液或冷却液，研磨液或冷却液被甩至环形凹槽处，以实现硬脆管件的内孔的冷却或研磨。
10、优选地，在环形磨头的表面电镀金刚石微粉，以做粗加工研磨工具；或在环形磨头的表面进行织构化处理，以做精加工研磨工具。
11、一种用于大长径比的硬脆管件的内孔研磨方法，具体过程如下：
12、s1，确定硬脆管件的加工次数、研磨工具的数量以及每根研磨工具的外径尺寸：
13、设硬脆管件的内孔的目标尺寸为dn，硬脆管件的内孔实际最小内径为dnmin，硬脆管件的单次研磨量δd和研磨工具的锥度段的锥度差δa，研磨工具的数量为m；硬脆管件的加工次数n表示为：
14、
15、第i根研磨工具的定径磨头的直径di+1满足以下关系：
16、di+1＝δd+di,i∈(0,n)
17、第i根研磨工具的引导磨头的直径d'满足以下关系：
18、d'＝di+1-δa,i∈(0,n)
19、s2，根据硬脆管件的加工次数，按第1根至第m根的研磨工具的顺序，依次加工硬脆管件的内孔；
20、s21粗加工阶段：粗加工研磨工具贯穿硬脆管件的内孔并拉直，粗加工研磨工具旋转的同时，保持环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有冷却液，硬脆管件由引导段向定径段方向前进的同时还往复移动，直至硬脆管件移动至定径段处并被研磨，以实现硬脆管件的内孔的粗加工；
21、s22，精加工阶段：精加工研磨工具贯穿硬脆管件的内孔并拉直，精加工研磨工具旋转的同时，保持环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有研磨液，硬脆管件由引导段向定径段方向前进的同时还往复移动，直至硬脆管件移动至定径段处并被研磨，以实现硬脆管件的内孔的精加工。
22、优选地，所述s1中，在粗加工研磨工具的两侧分别设有自由落体的冷却液，冷却液被吸至粗加工研磨工具的环形凹槽内，硬脆管件向前移动，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有冷却液；所述s2中，在精加工研磨工具的两侧分别设有自由落体的抛光液，抛光液被吸至精加工研磨工具的环形凹槽内，硬脆管件向前移动，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有抛光液。
23、优选地，粗加工研磨工具内沿长度方向开有注液通道，环形凹槽处开有贯穿于注液通道的排液孔，向注液通道内注入有冷却液，冷却液被甩至环形凹槽处，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有冷却液；精加工研磨工具内沿长度方向开有注液通道，环形凹槽处开有贯穿于注液通道的排液孔，向注液通道内注入有研磨液，研磨液被甩至环形凹槽处，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有抛光液。
24、本专利技术与现有技术相比产生的有益效果是：
25、1、研磨工具采用节状结构，在加工硬脆管件内孔过程中，仅磨头部分与工件内壁有接触，实现内孔的加工，而环形凹槽的部分可以有效降低研磨工具与管件内部的接触面积，从而降低管件研磨过程中的阻力，防止大长径比的管件在研磨过程中与研磨工具发生卡死的现象。
26、2、在加工过程中，环形凹槽与工件内壁之间形成环形空腔，能有效储存冷却液或者研磨液，如果环形空腔内存储的是冷却液，可以实现工件内孔加工的冷却。如果环形空腔内存储的是研磨液，在研磨工具旋转过程中，研磨液会在环形空腔内产生旋流，在一定程度上可以对管件内壁产生研磨效果，提高工件的加工精度。此外，工件内孔在研磨过程中所产生的磨屑可以储存于冷却液或者研磨液中，避免磨屑对工件内孔的内壁产生划痕，影响工件的加工精度。且在工件往复移动过程中，研磨液或冷却液会外流，以清理磨屑。
27、3、由于硬脆管件具有高硬度及脆性特性，在研磨工具旋转且工件大跨度往复移动过程中，可以利用具有锥度的扩径磨头实现逐层递进的扩孔加工，减小硬脆管件低损伤发生的概率。在扩孔加工后，利用定径磨头的反复研磨，可以进一步保证管件内孔的同轴度。
28、4、研磨工具的引导段、锥度段和定径段的长度比为1：3：1～1：4：1，工件与引导段的长度比为5：6，即可以保证工件与工具之间的合理比例长度，实现工件的精加工，又不会导致工具过长，不利于旋转和支撑。
29、5、本专利技术可以采用两种方式使冷却液和研磨液均匀的分布于研磨区域。一种是，在研磨工具内开注液通道，通过泵送冷却液或者研磨液的方式向注液通道内注入研磨液或冷却液，以使冷却液和研磨液均匀的分布于研磨区域，保证工件内孔的研磨质量，由于研磨工具较长，有些研磨液或冷却液可能会流出，可以将未参与研磨部分的排液孔用塞子塞住，随着磨削过程的进行，手动控制排液孔的开放位置。另一种是，在研磨工具的两侧分别设有自由落体的冷却液/抛光液，基于伯努利原理，在研磨工具旋转过程中，研磨工具表面形成负压，冷却液或者研磨液被吸至环形凹槽内，硬脆管件向前移动过程中，将表面包裹有冷却液或研磨液的研磨工具罩住，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有冷却液/抛光液。
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1.一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，为由环形磨头和环形凹槽交替排布而成的大长径比的研磨工具，沿研磨工具的长度方向，其被分为三段，依次为引导段、锥度段和定径段，引导段用于贯穿硬脆管件的内孔，锥度段用于硬脆管件的内孔的研磨和扩孔，定径段用于硬脆管件的内孔的定径研磨；
2.根据权利要求1所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，引导段、锥度段和定径段的长度比为1：3：1～1：4：1；硬脆管件与引导段的长度比为5：6。
3.根据权利要求1所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，引导段的环形磨头为等径的引导磨头。
4.根据权利要求3所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，锥度段的环形磨头为带有锥度的扩径磨头，沿硬脆管件的前进方向扩径磨头的外径逐渐增加。
5.根据权利要求4所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，定径段的环形磨头为等径的定径磨头。
6.根据权利要求1所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具
7.根据权利要求5所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，在环形磨头的表面电镀金刚石微粉，以做粗加工研磨工具；或在环形磨头的表面进行织构化处理，以做精加工研磨工具。
8.一种用于大长径比的硬脆管件的内孔研磨方法，其特征在于，利用如权利要求7所述的研磨工具实现，具体过程如下：
9.根据权利要求8所述的一种用于大长径比的硬脆管件的内孔研磨方法，其特征在于，所述S1中，在粗加工研磨工具的两侧分别设有自由落体的冷却液，冷却液被吸至粗加工研磨工具的环形凹槽内，硬脆管件向前移动，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有冷却液；所述S2中，在精加工研磨工具的两侧分别设有自由落体的抛光液，抛光液被吸至精加工研磨工具的环形凹槽内，硬脆管件向前移动，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有抛光液。
10.根据权利要求8所述的一种用于大长径比的硬脆管件的内孔研磨方法，其特征在于，粗加工研磨工具内沿长度方向开有注液通道，环形凹槽处开有贯穿于注液通道的排液孔，向注液通道内注入有冷却液，冷却液被甩至环形凹槽处，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有冷却液；精加工研磨工具内沿长度方向开有注液通道，环形凹槽处开有贯穿于注液通道的排液孔，向注液通道内注入有研磨液，研磨液被甩至环形凹槽处，以保证环形凹槽与硬脆管件的内壁之间含有抛光液。
...【技术特征摘要】
1.一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，为由环形磨头和环形凹槽交替排布而成的大长径比的研磨工具，沿研磨工具的长度方向，其被分为三段，依次为引导段、锥度段和定径段，引导段用于贯穿硬脆管件的内孔，锥度段用于硬脆管件的内孔的研磨和扩孔，定径段用于硬脆管件的内孔的定径研磨；
2.根据权利要求1所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，引导段、锥度段和定径段的长度比为1：3：1～1：4：1；硬脆管件与引导段的长度比为5：6。
3.根据权利要求1所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，引导段的环形磨头为等径的引导磨头。
4.根据权利要求3所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，锥度段的环形磨头为带有锥度的扩径磨头，沿硬脆管件的前进方向扩径磨头的外径逐渐增加。
5.根据权利要求4所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，定径段的环形磨头为等径的定径磨头。
6.根据权利要求1所述的一种用于大长径比的硬脆管件内孔研磨的研磨工具，其特征在于，研磨工具内沿长度方向开有注液通道，环形凹槽处开有贯穿于注液通道的排液孔，向注液通道内注入有研磨液或冷却液，研磨液或冷却液被甩至环形凹槽处，以实现硬脆管件的内孔的冷却或研磨。
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