一種高效恒壓差間歇式旋轉擠壓磨料流拋光方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高效恒壓差間歇式旋轉擠壓磨料流拋光方法，屬于針對表面質(zhì)量 要求均一性較高的大尺寸復雜曲面類零件的間歇式旋轉擠壓磨料流的自動拋光技術領域。
【背景技術】
[0002] 諸如航空發(fā)動機整體葉盤、葉輪、葉片、薄壁件、泵閥體和細長孔等具有復雜曲面 的機械產(chǎn)品在磨削、銑削、電火花加工或其他特種加工后，需要通過超精研加工來實現(xiàn)被加 工工件表面的均勻、低粗糙度光滑表面加工要求。目前企業(yè)主要采用油石或手工拋光工藝， 而采用傳統(tǒng)的擠壓磨料流技術又會產(chǎn)生"倒圓"、"過拋"現(xiàn)象，極大的影響了產(chǎn)品表面的均 勻性。這主要是由于：（1)由于干涉、軌跡復雜等原因，砂輪頭或砂帶等剛性拋光工具效率 低且成本高，很難實現(xiàn)高效的復雜曲面的拋光；（2)傳統(tǒng)"傳膛過"式擠壓磨料流及回轉類 零件的旋轉擠壓磨料流在拋光復雜曲面時，由于進出口壓差的存在，很容易使被加工后的 工件出現(xiàn)壓力大處去除材料多，壓力小處去除材料少的不均勻性；（3)由泵閥作為動力源 進行控制的"抽吸"式旋轉磨料流加工，相比較液壓系統(tǒng)作為供料傳動系統(tǒng)的擠壓磨料流加 工方法，雖然由于其本身壓力低而在流體磨料拋光過程中無壓力差產(chǎn)生，但其提供的壓力 小，磨料粘度低，磨粒松散，當磨拋加工到一定階段后，加工效果并不明顯。
[0003] 采用擠壓磨料流工藝對模具內(nèi)表面、小孔、閥腔等復雜曲面是一種高效的拋光方 法，但是企業(yè)中所應用的傳統(tǒng)擠壓磨料流工藝，主要應用在氣動性能要求不高的空調(diào)葉輪、 液壓閥腔，細長孔等對產(chǎn)生"倒圓"，"過拋"后影響不大的零部件中；而對于氣動性能要求 較高的航空發(fā)動機葉輪、葉片，高物理性能的螺桿等表面均一性要求一致的復雜曲面，由于 傳統(tǒng)擠壓磨料流在磨料擠壓加工工件過程中，進出口壓差不等，以致于在流過被加工工件 密封腔體內(nèi)形成不均勻的壓力場，從而極易導致被加工工件表面在磨料擠壓流入和流出處 產(chǎn)生"過拋"、"倒圓"等表面不均勻現(xiàn)象，而依靠泵閥抽吸式的松散低粘度的旋轉磨料流拋 光，提供壓力小，磨粒粘度低，作為超精拋應用較為理想，而不宜應用與粗拋、半精拋和精拋 階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為實現(xiàn)航空發(fā)動機葉盤、葉輪等大型復雜曲面零件的自動化拋光加工，達到表面 拋光均勻、紋理規(guī)則、粗糙度小于RaO. 8以下的設計要求，并顯著提高生產(chǎn)效率，減輕工人 勞動強度和改善作業(yè)環(huán)境，本發(fā)明提供了一種高效恒壓差間歇式旋轉擠壓磨料流拋光方 法，該擠壓磨料流拋光方法應采用實現(xiàn)恒壓差控制的密封腔體內(nèi)半固態(tài)流體磨料雙向擠壓 的液壓傳動系統(tǒng)，由液壓馬達提供動力的齒輪外嚙合轉盤軸承旋轉系統(tǒng)與裝置本體，半固 態(tài)流體磨料的高壓動態(tài)和靜態(tài)密封系統(tǒng)，以及大尺寸復雜曲面類零件的定位、夾緊裝置等。 在液壓傳動系統(tǒng)的回油路上設置背壓裝置，使半固態(tài)流體磨料在擠壓過程中壓力場恒定， 防止擠壓磨料流由于壓力不均所發(fā)生過拋、倒圓現(xiàn)象；當半固態(tài)流體磨料在進行定時交變 雙向循環(huán)流動拋光零件表面的同時，零件由液壓馬達驅動齒輪帶動負游隙的外嚙合轉盤軸 承所固定的被加工工件做等角度的間歇式正反循環(huán)旋轉運動以進一步提高被加工工件表 面的均勻性，防止出現(xiàn)拋光死角等質(zhì)量問題；在高壓流體磨料料缸內(nèi)及裝置本體的旋轉及 結合面處設計專門用于密封高壓磨料的動態(tài)及靜態(tài)密封裝置，防止高壓流體磨料的泄漏及 對被非加工零件表面的磨損與保護。
[0005] 本發(fā)明采用的技術方案如下：一種高效恒壓差間歇式旋轉擠壓磨料流拋光方法， 該磨料流拋光方法使用高效恒壓差間歇式旋轉擠壓磨料流拋光裝置，所述磨料流拋光裝置 包括恒壓差控制的液壓傳動雙向供料系統(tǒng)、正反間歇式旋轉的由PLC控制液壓馬達驅動齒 輪外嚙合負游隙轉盤軸承旋轉系統(tǒng)、旋轉密封處與結合面處流體磨料的高壓密封系統(tǒng)以及 保證恒壓差液壓夾緊加工下的滑動導軌系統(tǒng)，所述磨料流拋光方法包括以下具體步驟：
[0006] (a)裝填磨料：將下料缸中的第一聯(lián)動推料活塞運行至最底端，使下料缸容積最 大，將上料缸中的第二聯(lián)動推料活塞運行至上料缸出口處，使上料缸容積最小，并將下料缸 填滿半固態(tài)流體磨料41 ;
[0007] (b)工件裝夾：將被加工工件用上夾具體、下夾具體及夾具主體包裹為一體，放在 位于工作臺上與外齒式負游隙下轉盤軸承的外圈相連接的下轉盤上，第一夾緊缸、第二夾 緊缸工作，使夾緊缸活塞推動連接上料缸及上擠壓油缸的橫梁沿著四個立柱上的導套向下 運動并壓緊上夾具體、下夾具體及夾具主體所包裹的被加工工件；
[0008] 所述上夾具體、下夾具體安裝到工作臺上時，都通過銷、止口精確定位，在各個結 合面處的凹槽中壓入流體磨料在I. 〇MPa-15. OMPa的擠壓下無泄漏的密封圈；
[0009] 所述被加工工件的高度尺寸由公式（1)確定： _0] S+Lmin〈H〈S+Lmax (1)
[0011] 其中：H為被加工工件高度，S為夾緊缸活塞全部伸出時，夾緊包裹工件的夾具體 上、下結合面之間的距離，L max為夾緊缸活塞的最大行程H ;
[0012] (C)恒定壓差調(diào)整：在預先調(diào)節(jié)背壓的基礎上，下擠壓油缸工作，第一聯(lián)動推料活 塞上移，在推動半固態(tài)流體磨料過程中，通過下擠壓油缸、上擠壓油缸的無桿腔處的壓力表 觀察系統(tǒng)內(nèi)壓力調(diào)節(jié)，若存在壓差，則調(diào)整回油背壓的第一溢流閥、第二溢流閥調(diào)定彈簧調(diào) 整回油壓力，增大背壓，最終使上料缸、下料缸出口處的壓差恒定；
[0013] 所述第一溢流閥、第二溢流閥調(diào)整液壓控制油路背壓，其調(diào)定恒定壓力值由公式 (2)確定：
【主權項】
1. 一種高效恒壓差間歇式旋轉擠壓磨料流拋光方法，該磨料流拋光方法使用高效恒壓 差間歇式旋轉擠壓磨料流拋光裝置，所述磨料流拋光裝置包括恒壓差控制的液壓傳動雙向 供料系統(tǒng)、正反間歇式旋轉的由PLC控制液壓馬達驅動齒輪外嚙合負游隙轉盤軸承旋轉系 統(tǒng)、旋轉密封處與結合面處流體磨料的高壓密封系統(tǒng)以及保證恒壓差液壓夾緊加工下的滑 動導軌系統(tǒng)，其特征在于：所述磨料流拋光方法包括以下具體步驟： (a) 裝填磨料：將下料缸（5)中的第一聯(lián)動推料活塞（6)運行至最底端，使下料缸（5) 容積最大，將上料缸（7)中的第二聯(lián)動推料活塞（8)運行至上料缸（7)出口處，使上料缸 (7)容積最小，并將下料缸（5)填滿半固態(tài)流體磨料41 ; (b) 工件裝夾：將被加工工件（38)用上夾具體（32)、下夾具體（31)及夾具主體（37) 包裹為一體，放在位于工作臺（30)上與外齒式負游隙下轉盤軸承（18)的外圈相連接的下 轉盤（29)上，第一夾緊缸（44)、第二夾緊缸（45)工作，使夾緊缸活塞推動連接上料缸（7) 及上擠壓油缸（9)的橫梁（46)沿著四個立柱（42)上的導套（47)向下運動并壓緊上夾具 體（32)、下夾具體（31)及夾具主體（37)所包裹的被加工工件（38); 所述上夾具體（32)、下夾具體（31)安裝到工作臺（30)上時，都通過銷、止口精確定位， 在各個結合面處的凹槽中壓入流體磨料在I. 〇MPa-15. OMPa的擠壓下無泄漏的密封圈； 所述被加工工件（38)的高度尺寸由公式（1)確定： S+Lmin〈H〈S+Lmax (1) 其中：H為被加工工件高度，S為夾緊缸活塞全部伸出時，夾緊包裹工件的夾具體上、下 結合面之間的距離，Lmax為夾緊缸活塞的最大行程H ; (c) 恒定壓差調(diào)整：在預先調(diào)節(jié)背壓的基礎上，下擠壓油缸（4)工作，第一聯(lián)動推料活 塞（6)上移，在推動半固態(tài)流體磨料（41)過程中，通過下擠壓油缸（4)、上擠壓油缸（9)的 無桿腔處的壓力表觀察系統(tǒng)內(nèi)壓力調(diào)節(jié)，若存在壓差，則調(diào)整回油背壓的第一溢流閥（10)、 第二溢流閥（12)調(diào)定彈簧調(diào)整回油壓力，增大背壓，最終使上料缸（7)、下料缸（5)出口處 的壓差恒定； 所述第一溢流閥（10)、第二溢流閥（12)調(diào)整液壓控制油路背壓，其調(diào)定恒定壓力值由 公式⑵確定：
其中=P1為擠壓磨料進口壓力，p2為擠壓磨料出口壓力，并且擠壓磨料進口壓力P1等于 系統(tǒng)背壓、料筒內(nèi)壁擠壓的摩擦力及聯(lián)動推料活塞自重之和；并且在調(diào)定系統(tǒng)內(nèi)壓力時，保 證夾緊缸壓力大于擠壓油缸壓力； (d) 自動化間歇式旋轉磨拋：通過PLC與觸摸屏相結合的方式設定上下擠壓循環(huán)次數(shù)， 同時使流體磨料在上下擠壓工件表面的過程中，保證被加工工件（38)進行間歇式旋轉運 動，并通過液壓系統(tǒng)調(diào)整液壓馬達（14)轉向、轉速，實現(xiàn)被加工工件（38)的正反、多級旋轉 運動，通過PLC控制旋轉角度，實現(xiàn)被加工工件旋轉等角度后停止旋轉，只進行擠壓加工的 多工位磨拋，以及邊擠壓加工邊旋轉加工的旋轉磨拋工藝； 磨粒旋轉磨拋的線速度由公式（3)、（4)、（5)確定： Vr= 2 Jirn (3)
其中：Ve為磨粒旋轉磨拋時的和速度，t為磨粒旋轉時徑向圓周速度，Vm為磨粒擠壓 時的軸向速度，Q為料腔內(nèi)半固態(tài)流體磨料的流量，4為密封腔體內(nèi)任意一截面的表面積，η 為工件轉速，其范圍可在〇. 5轉/分-2轉/分之間，r為磨粒密封腔體內(nèi)回轉半徑； (e)工件拆卸：旋轉擠壓磨拋結束后，首先液壓馬達（14)停轉，上擠壓油缸（9)、下擠壓 油缸（4)卸荷停止工作，然后第一夾緊缸（44)、第二夾緊缸（45)卸荷并松開被加工工件及 夾具體，并帶動與上料缸（7)及上擠壓油缸（9)相連的橫梁（46)沿著立柱（42)向上運動， 騰出拆卸空間，并將上夾具體（32)、下夾具體（31)所包裹的被加工工件（38) -同取下，最 后打開夾具體，取出被加工工件（38)并擦拭干凈。
【專利摘要】一種高效恒壓差間歇式旋轉擠壓磨料流拋光方法，屬于針對表面質(zhì)量要求均一性較高的大尺寸復雜曲面類零件的間歇式旋轉擠壓磨料流的自動拋光技術領域。該磨料流拋光方法由液壓馬達驅動齒輪并與負游隙轉盤軸承相嚙合的旋轉磨拋，并通過在各個結合面處安裝密封圈實現(xiàn)高壓磨料的靜態(tài)密封，以及在旋轉摩擦處安裝易磨損密封環(huán)密封和在活塞擠壓磨料處安裝專用組合高壓磨料密封圈及高壓磨料封的形式實現(xiàn)高壓磨料的動態(tài)密封，并最終實現(xiàn)高壓磨料的間歇式旋轉磨拋。解決了傳統(tǒng)擠壓磨料流存在的“過拋”、“倒圓”現(xiàn)象，實現(xiàn)了對氣動性能及表面均一性要求較高的葉輪、葉片等復雜曲面的高效精密均勻化拋光。對各種復雜零件可使其表面粗糙度Ra值降低到0.8以下。
【IPC分類】B24B31-116, B24B31-12
【公開號】CN104526531
【申請?zhí)枴緾N201410737104
【發(fā)明人】陸穎
【申請人】陸穎
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月7日