CN110125787B - 一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置及方法，储液槽中注有纳米胶原体抛光液，储液槽的底部中心是向上的凸起并固定连接垂直布置的直流电机，直流电机的输出轴经联轴器连接离心盘的底部中间，离心盘中注有纳米胶原体抛光液；离心盘的侧壁均布3～8个向下倾斜延伸的内螺纹管道，内螺纹管道同轴心地连接喷嘴的内端，喷嘴外部同轴心地紧密套有喷嘴外套，喷嘴外套的外端与圆筒状的工件外套的内端固定连接，工件外套内套有工件，工件的中心开有贯通的微内孔；通过直流电机带动离心盘高速旋转产生的离心力，将纳米胶原体抛入、冲洗并通过微孔，在离心力的作用下，纳米胶原体会获得很高的加速度能量，提高工件微内孔表面的抛光质量。

Description

一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置及方法

技术领域

本发明属于金属表面加工领域，具体涉及一种对微内孔的表面进行抛光的装置及方法，尤其是对直径小于1mm的微内孔进行抛光。

背景技术

微孔在机械结构中大量存在，通常用于连接、导通等场合，并且广泛应用在航空航天、军工、机械自动化、化学纤维、光电仪器仪表、日用等行业和一些尖端制品中。目前的微孔加工领域已存在多种微孔加工方法，如机械钻孔、电火花加工、激光微孔加工、插铣等，但大多数方法都含有各自的缺点，比如机械钻孔会使微孔出口处产生毛刺，影响装配和使用，而激光和电火花加工由于其加工原理的特点，会改变微孔表面的性质，产生再铸层，影响其使用效果和寿命；同时由于这些方法都无法保证高精度，因此只适用于前期加工，并不适合高精密微孔加工。

随着磨粒流加工技术的不断发展，磨粒流加工(Abrasive flowMachining简称AFM)技术逐渐成为一种最新的机械加工方法，它是以磨料介质(掺有磨粒的一种可流动的混合物)在压力下流过工件所需加工的表面，进行去毛刺、除飞边、磨圆角，以减少工件表面的波纹度和粗糙度，达到精密加工的光洁度的方法。由于其高适应性（能够加工不同的尺寸的孔，小至0.2mm的小孔，大至50mm直径的花键通道），在微孔加工领域，磨粒流加工法越来越受到重视。但是，目前的磨粒流加工微孔装置的加工效率有限，仅仅采用单纯的加压气缸或者加压缸来实现对磨粒流加压，使得磨粒流对工件的微孔表面进行切削，实现微孔的精密加工，这种方式由于仅仅依靠加压缸来给予磨粒流冲击切削能量，磨粒流由于在管道内的流动阻力的作用，等磨粒流流动到工件微孔时，磨粒流的流动能量往往已经损失过半，造成冲击、切削能量过低，微孔加工的效率变差，尤其是对于细长的微孔，磨粒流对于后半段的微孔基本已经失去了冲击切削能量，造成微孔后半段的表面质量较差，不能满足对于微孔高精密加工的需要，因此，如何提供一种高性能、高效率，能够施加给磨粒流额外振动能量的磨粒流微孔加工装置，对于加工细长孔具有极其重要的作用，并能够实现微孔加工的发展。

发明内容

基于以上技术问题，本发明的目的是提供了一种高性能、高效率的离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置及其抛光方法，由电机驱动并实现自动化控制。

为实现上述目的，本发明所述的一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置采用的技术方案是：具有一个储液槽，储液槽中注有纳米胶原体抛光液，储液槽的侧壁上开有输出口，储液槽的输出口经循环泵连接离心盘的顶部，储液槽的底部中心是向上的凸起并固定连接垂直布置的直流电机，直流电机的输出轴经联轴器连接离心盘的底部中间，离心盘中注有纳米胶原体抛光液；离心盘的侧壁均布3～8个向下倾斜延伸的内螺纹管道，内螺纹管道同轴心地连接喷嘴的内端，喷嘴外部同轴心地紧密套有喷嘴外套，喷嘴外套的外端与圆筒状的工件外套的内端固定连接，工件外套内套有工件，工件的中心开有贯通的微内孔，工件外套的外端是圆筒底部且底部中心开有一直径大于微内孔的通孔。

本发明所述的一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置的抛光方法采用的技术方案是包括以下步骤：

步骤A：控制器控制循环泵开启，将储液槽中纳米胶原体抛光液泵入离心盘中；

步骤B：控制器控制直流电机开启，离心盘旋转，工件随着旋转，纳米胶原体抛光液在离心力的作用下进入工件的微内孔中，对微内孔进行抛光，再流入储液槽中；

步骤C：抛光结束后，关闭循环泵和直流电机， 取出工件。

本发明采用上述技术方案后，具有的有益效果是：

1、本发明以纳米胶原体为磨粒，通过直流电机带动离心盘高速旋转产生的离心力，将纳米胶原体抛入、冲洗并通过微孔，在离心力的作用下，纳米胶原体会获得很高的加速度能量，使纳米胶原体聚集更高的冲击切削能量进入工件，提高工件微内孔表面抛光质量。

2、本发明装置在离心盘和工件之间加装喷嘴，使得纳米胶原体在进入工件微内孔之前获得更高的初速度。

3、本发明装置还具有定心夹紧和纳米胶原体循环功能，分别实现工件的自动定心夹紧和纳米胶原体的自动循环，实现效率提升、成本节省，同时保护环境。

4、本发明装置采用了离心式的结构设计，结构简单，能耗低，可以在获得高质量超光滑表面的同时提高抛光加工的效率，并且可以通过调节电机转速，控制抛光速率。

5、本发明装置中的离心部件为装配式结构，拆卸、维修和清洗简单、便捷。

6、本发明装置中的离心盘工位可根据工作条件的需要定制，从而使得抛光效率最大化。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置的结构示意图：

图中：1.搅拌槽；2.搅拌桨；3.原料槽；4.控制器；6.离心盘；7.离心盘液位传感器；8.喷嘴；9.喷嘴外套；10.工件外套；11.循环泵；12.储液槽液位传感器；13.工件；14.密封圈；15.联轴器；16.直流电机；17.储液槽；19.导料泵；20.阀门。

具体实施方式

参见图1，本发明一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置具有一个储液槽17，储液槽17的侧壁上开有输入口和输出口，储液槽17的输入口经导料泵19连接搅拌槽1的输出口，搅拌槽1置放在储液槽17旁边，搅拌槽1内注有纳米胶原体抛光液，通过导料泵19将纳米胶原体抛光液泵进储液槽17中。储液槽17的输出口经循环泵12连接离心盘6的顶部，离心盘6在储液槽17内部的正上方，储液槽17通过循环泵12将纳米胶原体抛光液泵出送入离心盘6中。循环泵12通过控制线连接控制器4，由控制器4控制其启停。

搅拌槽1中的纳米胶原体抛光液由90%浓度SiO₂溶液和水按质量比1:1组成。90%浓度SiO₂溶液和水两原料分别置于两个不同的原料槽3中，原料槽3由底部阀门20控制液体流出，使两原料按照1:1质量比流入搅拌槽1中，搅拌槽1内设置了搅拌桨2，搅拌桨2的转速为100 r/min，搅拌桨2旋转，使两原料混合均匀，纳米胶原体抛光液中的粒径为10nm。

搅拌桨2和导料泵19都经各自的控制线连接控制器4，由控制器4控制搅拌桨2的启停，控制导料泵19将配制好的纳米胶原体抛光液泵入储液槽17中。

储液槽17的底部中心是向上凸起的凸台，凸台正中间安装直流电机16，直流电机16垂直布置，其壳体底部通过螺栓竖直固定于储液槽17的中心凸台上，其输出轴垂直向上同轴地连接联轴器15的下端，联轴器15的上端同轴心地连接离心盘6的底部中间，这样，由直流电机16经联轴器15连接离心盘6的底部中间，带动离心盘6旋转。直流电机16默认转速为200r/min，转速可根据实际需要进行调整，同时可以设置旋转方向及时间。直流电机16通过控制线连接控制器4，由控制器4控制其启停。

离心盘6的侧壁均布3～8个向下倾斜延伸内螺纹管道，喷嘴8的内端进液端上加工外螺纹，离心盘6通过内螺纹管道连接喷嘴8的内端进液端，喷嘴8的中心轴与内螺纹管道的中心轴共线。

在喷嘴8外上同轴心地紧密套有喷嘴外套9，喷嘴外套9的外端与工件外套10内端通过螺栓固定在一起。工件外套10是圆筒状，其内端是开口，外端是圆筒底部，工件外套10内套有工件13，工件外套10的内径与工件13的外径相同，工件外套10的轴向长度与工件13的轴向长度相同，确保工件外套10始终在径向和轴向夹紧工件13。

工件13的中心开有贯通的微内孔，工件外套10外端的圆筒底部中心开有一直径大于微内孔的通孔，该通孔与储液槽17相通，保证抛光液的流出。

工件13、微内孔、工件外套10、喷嘴外套9、喷嘴8、工件外套10外端通孔的中心轴共线，中心轴向下倾斜。

离心盘6的侧壁上均布的3～8个工位数量和倾斜的角度可根据需要进行设置，本发明中的工件13、喷嘴8等共同的中心轴的倾斜角度为10～15°。

离心盘6的内壁上安装离心盘液位传感器7，用于检测离心盘6中的纳米胶原体抛光液的液位。储液槽17内壁上安装储液槽液位传感器12，用于检测储液槽17内纳米胶原体抛光液的液位。离心盘液位传感器7和储液槽液位传感器12均经信号线连接控制器4，将检测的液位数值传送至控制器4。

在喷嘴8和工件外套10的连接处的连接面上嵌有密封圈14，保证密封。

本发明所述的离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置工作时，首先将工件13放置于工件外套10中，将工件外套10内端开口侧的工件二13的微内孔对准喷嘴二8的外端输出端中心，拧紧工件外套10和喷嘴外套9的螺栓。然后打开两个原料槽3上的阀门20，使原料流入搅拌槽1内。控制器4发送信号，开启搅拌桨2，搅拌桨2搅拌原料。搅拌好之后，控制器4控制导料泵19开启，将纳米胶原体抛光液泵入储液槽17中。当储液槽17的液位升至储液槽液位传感器12高度时，储液槽液位传感器12将信号传至控制器4，控制器4关闭导料泵19。同时控制器4控制循环泵11开启，纳米胶原体抛光液泵入离心盘6中，当离心盘6中的液位高于离心盘6内壁的离心盘液位传感器7时，控制器4控制循环泵11关闭，从而实现纳米胶原体的自动循环。

控制器4开启直流电机16，离心盘6旋转，开始抛光。离心盘6旋转时，工件13随着离心盘6旋转，离心盘6中的纳米胶原体抛光液在离心力的作用下，从喷嘴8的内端进液端流入，进入工件13的微内孔中，从工件13的微内孔中流出，继而流入储液槽17中。纳米胶原体抛光液在离心力的作用下经过微内孔，冲洗并通过微内孔，从而达到抛光效果。

抛光结束后，控制器4发送信号关闭循环泵11和直流电机16，待离心盘6完全停止转动后，拧开工件外套10和喷嘴外套9的螺栓，取出工件13。

Claims (8)

1.一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置，具有一个储液槽（17），储液槽（17）中注有纳米胶原体抛光液，储液槽（17）的侧壁上开有输出口，其特征是：储液槽（17）的输出口经循环泵（11）连接离心盘（6）的顶部，储液槽（17）的底部中心是向上的凸起并固定连接垂直布置的直流电机（16），直流电机（16）的输出轴经联轴器（15）连接离心盘（6）的底部中间，离心盘（6）中注有纳米胶原体抛光液；离心盘（6）的侧壁均布3～8个向下倾斜延伸的内螺纹管道，内螺纹管道同轴心地连接喷嘴（8）的内端，喷嘴（8）外部同轴心地紧密套有喷嘴外套（9），喷嘴外套（9）的外端与圆筒状的工件外套（10）的内端固定连接，工件外套（10）内套有工件（13），工件（13）的中心开有贯通的微内孔，工件外套（10）的外端是圆筒底部且底部中心开有一直径大于微内孔的通孔。

2.根据权利要求1所述的一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置，其特征是：储液槽（17）的侧壁上开有输入口，该输入口经导料泵（19）连接搅拌槽（1）的输出口，搅拌槽（1）内注有纳米胶原体抛光液，搅拌槽（1）内设置搅拌桨（2），搅拌槽（1）通过导料泵（19）将纳米胶原体抛光液泵进储液槽（17）中。

3.根据权利要求1所述的一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置，其特征是：所述的纳米胶原体抛光液由90%浓度SiO₂溶液和水按质量比1:1组成。

4.根据权利要求1所述的一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置，其特征是：工件外套（10）的内径与工件（13）的外径相同，工件外套（10）的轴向长度与工件（13）的轴向长度相同。

5.根据权利要求1所述的一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置，其特征是：工件（13）、工件（13）上的微内孔、工件外套（10）、喷嘴外套（9）、喷嘴（8）以及工件外套（10）外端圆筒底部上通孔的中心轴共线。

6.根据权利要求1所述的一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置，其特征是：离心盘（6）内壁上装有离心盘液位传感器（7），储液槽（17）内壁上装有储液槽液位传感器（12），离心盘液位传感器（7）和储液槽液位传感器（12）均经信号线连接控制器（4）。

7.根据权利要求1所述的一种离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置，其特征是：喷嘴（8）和工件外套（10）的连接面上嵌有密封圈（14）。

8.一种如权利要求1所述的离心式纳米胶原体微内孔表面抛光装置的抛光方法，其特征是包括以下步骤：

步骤A：控制器（4）控制循环泵（11）开启，将储液槽（17）中纳米胶原体抛光液泵入离心盘（6）中；

步骤B：控制器（4）控制直流电机（16）开启，离心盘（6）旋转，工件（13）随着旋转，纳米胶原体抛光液在离心力的作用下进入工件（13）的微内孔中，对微内孔进行抛光，再流入储液槽（17）中；

步骤C：抛光结束后，关闭循环泵（11）和直流电机（16）， 取出工件（13）。

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