一种复杂表面光整加工设备及工艺制造技术

一种复杂表面光整加工设备及工艺属于特种加工技术领域范畴，其特征在于是一种超声变幅杆直接激振工件产生的高强度超声振动与在复杂工件表面强制流动的液固两相流体作用，产生了工件表面与磨粒的撞击及液体的空化导致磨粒对工件表面的冲击，实现复杂工件表面的光整加工，尤其是具有复杂通道的内凹表面亦存在高强度的超声振动及液固两相流体的无孔不入的特性，其优点在于：实现了复杂内外表面的光整加工，而且解决了内凹表面及内死角目前尚无法光整加工的难题。该技术可以全面有效地对内表面进行光整加工，有效降低零件的表面粗糙度值，从而大幅度提高零件的表面配合质量、表面耐磨性、表面密封性、零件的清洁度及使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一种复杂表面光整加工设备及工艺属于特种加工
范畴。具体来讲，涉及 超声能量的多维加载技术、超声振动系统的固定技术、液固悬浮两相流体在复杂表面的流动 及冲击技术。本专利技术适应于加工复杂形状工件的内外表面。
技术介绍
零件表面的光整加工是目前机械加工中重点研究的课题和解决的关键问题之一，内表面 的光整加工更是这方面研究需解决的难题；尤其是复杂交叉孔道的零件的内表面光整加工非 常困难，是光整加工应用中的瓶颈；而类似于液压阀体这类内表面孔不但要和阀芯有配合要 求实现密封，还要滑动实现换向，故要求配合表面硬度高、耐磨，粗糙度低，因此对液压阀 体内表面孔光整加工难度大，目前尚无有效解决方法，成为科技工作者孜孜不倦追求解决的 难题之一。现有的内表面光整加工技术主要有磁力研磨、挤压珩磨等。磁力研磨的磁刷虽然 为柔性的，但它的电极为刚性的，难以加工复杂的通道；挤压珩磨的流体磨料为粘弹性的， 也是柔性的，根据粘弹性力学，它在孔道的突出部分有很大的压力降，所以加工效果好，但 在孔道的下落部分死角流体不流动，所以没有加工效果。目前对于零件表面的光整加工按表 面类型可以分为四类外平整表面已有许多成熟技术；直径大，通道形状简单的内表面有一些加工方法；对于复杂通道的内表面加工方法很少；而对复杂通道的内凹表面没有加工方法。 所以急需复杂通道的内表面加工方法，尤其是复杂通道的内凹表面的加工方法。现有的超声波加工方法都是利用超声波振动系统中的变幅杆激振工具或介质来进行加工 的，激振工具的超声加工方法主要用于一些复合加工，如超声车削、铣削、磨削、珩磨等， 主要用于表面加工，不属于光整加工工艺范畴；激振介质的加工方法有超声清洗及超声抛光， 这两种加工方法都是利用安装在容器壁上的变幅杆激振加工介质，由于容器体积大，超声波 在液体介质中传播时损耗较大，对零件表面的作用较小，所以超声波清洗的工件只能达到去 除表面污物的效果，超声抛光是将工件放入加工质中，由于液体中超声的空化作用，在固体 粒子的冲击下只能使小而硬的毛边及尖角被除去，对表面基本没有光整加工效果。因此现有 的超声加工工艺方法不能很好地对复杂零件内表面进行光整加工，对内凹表面及内死角完全 没有加工效果。
技术实现思路
本专利技术一种复杂表面光整加工设备及工艺目的在于为了解决上述现有的复杂零件内表 面光整加工工艺方法中难以解决的问题和存在的严重不足，从而公开一种超声变幅杆直接激 振工件产生的高强度超声振动与在复杂工件表面强制流动的液固两相流体作用，产生了工件 表面与磨粒的撞击及液体的空化导致磨粒对工件表面的冲击，实现复杂工件表面的光整加工， 尤其是复杂通道的内凹表面亦存在高强度的超声振动及液固两相流体的无孔不入的特性，保 证了内凹表面及内死角同样有很好的光整加工效果的技术方案。 本专利技术一种复杂表面光整加工设备，本专利技术一种复杂表面光整加工设备，其特征在于是一种超声变幅杆直接激振工件产生的 高强度超声振动与在复杂工件表面强制流动的液固两相流体作用，产生工件表面与磨粒的撞击及液体的空化导致磨粒对工件表面的冲击，实现复杂工件表面的光整加工，尤其是具有复 杂通道的内凹表面亦存在高强度的超声振动及液固两相流体无孔不入特性，保证内凹表面及 内死角同样有很好的光整加工效果的复杂表面光整加工设备，该设备由超声波发生电源1、 液固两相流体2、机床工作台3、出口节流挡板4、被加工工件5、泥浆泵6、支座ll、进口 8、超声换能器9、超声变幅杆10及溶液槽7组成；溶液槽7机床工作台3密封连接，被加 工工件5旋转于机床工作台3上的支承元件上，支座11固定在机床工作台3或溶液槽7上， 出口节流挡板4连接在工件5孔道出口上，泥浆泵6固定在溶液槽7内并与工件孔道入口紧 固；与转动轴组件12上设有圆弧槽，能使变幅杆9绕其旋转±45° ，并通过螺钉13固定超 声变幅杆9的角度；通过移动调节螺钉11和15实现对变幅杆9高度的调节，并由连接螺钉 将其紧固，变幅杆角度和高度的调整适应不同形状的工件表面。应用上述一种复杂表面光整加工设备的工艺，其特征在于，在光整加工时，被加工工件 5放在相互独立的三个支座11上，超声变幅杆10进行移动和转动调整以适应不同形状工件 表面并保持工件的有效平稳夹持；液固两相流体2在泥浆泵6的压力作用下，流过被加工工 件5的内表面并充满各个角落；出口节流挡板4和溶液槽7相连接实现液固两相流体的循环 流动，出口节流挡板4调节工件不同孔径的流量；打开超声波发生电源l后，超声变幅杆IO 发生超声振动并激发被加工工件5产生高强度超声振动，工件各个表面通过与磨粒的撞击及 液体的空化导致磨粒对工件表面的冲击，实现复杂工件表面的光整加工，内凹表面亦存在高 强度的超声振动及液固两相流体的无孔不入的特性，保证了内凹表面及内死角同样有很好的 光整加工效果；被加工工件5全部浸入、部分浸入或全部不浸入溶液槽中，对外表面根据需 要进行整体加工、局部加工或全部不加工；具体加工的工艺步骤为I在具有复杂的型腔表面和孔道的被加工工件5上固定了三个与超声变幅杆10相同的 变幅杆，这些超声变幅杆与相应的超声换能器9相连，超声换能器9与能发出不同频率的超 声波发生电源l相连，被加工工件5受到不同频率的超声激励而产生超声振动，超声振动在 工件内迭加；II所有超声变幅杆10都分别固定在各自独立的支座11上，支座11与机床工作台3采 用可拆卸易调节的活动连接方式，调整变幅杆的空间位置及角度，保持工件的有效平稳夹持， 以适合各种不同零件的加工要求；III液固两相流体2是液体中悬浮固体磨料颗粒，液体在泥浆泵6的作用下，通过管道导 入工件内表面，通过其它一个或多个出口节流挡板4排入溶液槽7，被加工工件5及超声变 幅杆10也部分或全部浸入溶液槽7中，被加工工件5的所有需加工表面与液固两相流体8 相接触；IV被加工工件5以20 35KHz的频率超声振动，并与1 3米/分速度流动的液固两相流 体2中的磨粒发生撞击，导致液固两相流体在工件孔道内流动发生空化，空化又使液固两相 流体中的磨粒撞击被加工工件5，同时液固两相流体2的流动连续补充磨料实现进给运动， 并且在被加工工件5表面滑擦，使加工表面粗糙度值降低，实现工件复杂内表面的光整加工。本专利技术一种复杂表面光整加工设备及工艺的优点在于利用液固两相流体的流动实现复 杂表面的均匀连续补充磨料和超声振动的撞击加工能力及超声空化冲击相结合来实现工件复 杂内表面的光整加工，尤其可以有效的对内凹表面进行有效的光整加工，从而解决了现有的 复杂零件内表面光整加工工艺方法中难以解决的问题和存在的严重不足。有益效果是不但实 现了复杂内外表面的光整加工，而且解决了内凹表面及内死角目前尚无法光整加工的难题。 该技术可以全面有效地对内表面进行光整加工，有效降低零件的表面粗糙度值，从而大幅度 提高零件的表面配合质量、表面耐磨性、表面密封性、零件的清洁度及使用寿命。 附图说明图1超声振动光整加工原理图 图中的标号为1、超声波发生电源2、液固两相流体3、机床工作台4、出口节流挡板5、被加工工件 6、泥浆泵7、溶液槽8、进口 9、超声换能器10、超声变幅杆11、支座 图2变幅杆位移转角调整示意图图中的标号为3、机床工作台9、变幅杆1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂表面光整加工设备，其特征在于是一种超声变幅杆直接激振工件产生的高强度超声振动与在复杂工件表面强制流动的液固两相流体作用，产生工件表面与磨粒的撞击及液体的空化导致磨粒对工件表面的冲击，实现复杂工件表面的光整加工，尤其是具有复杂通道的内凹表面亦存在高强度的超声振动及液固两相流体无孔不入特性，保证内凹表面及内死角同样有很好的光整加工效果的复杂表面光整加工设备，该设备由超声波发生电源（１）、液固两相流体（２）、机床工作台（３）、出口节流挡板（４）、被加工工件（５）、泥浆泵（６）、支座（１１）、进口（８）、超声换能器（９）、超声变幅杆（１０）及溶液槽（７）组成；溶液槽（７）机床工作台３密封连接，被加工工件５旋转于机床工作台３上的支承元件上，支座（１１）固定在机床工作台（３）或溶液槽（７）上，出口节流挡板（４）连接在工件（５）孔道出口上，泥浆泵（６）固定在溶液槽（７）内并与工件孔道入口紧固；与转动轴组件（１２）上设有圆弧槽，能使变幅杆（９）绕其旋转±４５°，并通过螺钉（１３）固定超声变幅杆（９）的角度；通过移动调节螺钉（１１）和（１５）实现对变幅杆（９）高度的调节，并由连接螺钉将其紧固，变幅杆角度和高度的调整适应不同形状的工件表面。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王时英，姚新改，韩世平，刘润爱，李雪红，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]