一種自增壓高速磨粒流孔內(nèi)表面拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超精密加工，尤其涉及一種針對(duì)特殊孔(不規(guī)則異型孔、螺紋孔、膛線孔、細(xì)微孔、群微孔等)內(nèi)表面進(jìn)行拋光的自增壓高速磨粒流孔內(nèi)表面拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科技進(jìn)步，各種特殊孔在航天、航空、汽車、武器、電器、化工、液壓、醫(yī)療等行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，如槍炮管的膛線孔、精密機(jī)床中的螺紋孔、內(nèi)燃機(jī)燃料噴嘴、電路板上群微孔等，其中槍炮管的膛線孔精度要求變形量不超過IMi以及內(nèi)表面粗糙度達(dá)至Ij0.2μπι以上，電路板上群微孔的微孔數(shù)多達(dá)數(shù)萬個(gè)，孔徑小于50μπι。目前對(duì)這些特殊孔的加工精度和表面質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格，利用常規(guī)的技術(shù)加工這類特殊孔后內(nèi)表面精度都不夠理想，難以滿足產(chǎn)品日益提高的精密化的質(zhì)量要求，需要進(jìn)一步拋光才能滿足其使用要求，因而亟需能高效、高精度對(duì)這些特殊孔內(nèi)表面進(jìn)行超精密拋光的技術(shù)。
[0003]目前運(yùn)用于孔加工的方法主要有:機(jī)械鉆孔、激光打孔、電火花加工等。但是，用機(jī)械鉆孔的方法，在孔的出口處會(huì)留下毛刺，這種毛刺會(huì)影響使用效果;用激光和電火花加工都會(huì)在孔壁處留下再鑄層，從而影響孔的使用壽命，使孔的表面質(zhì)量發(fā)生惡化，因此需要對(duì)這類孔的內(nèi)表面進(jìn)行拋光。而目前對(duì)特殊孔的拋光方法主要有傳統(tǒng)拋光、離子束拋光、氣囊拋光、磨料射流拋光等。傳統(tǒng)拋光主要是靠人工采用柔性毛刷對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行來回擦拭拋光，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、損害工人的健康，而且無法適用于細(xì)長孔和微孔等。離子束拋光等可獲得極高的表面粗糙度，但材料去除率極低，通常僅用于CMP等拋光工藝后，進(jìn)一步減小工件表面損傷層，提高表面質(zhì)量，且加工成本高。氣囊拋光去除率有限，拋光方法及裝置復(fù)雜，主要運(yùn)用于非球面光學(xué)元件的拋光。但這些方法最大的缺陷是不適合細(xì)長孔和微細(xì)孔的加工，尤其是細(xì)長螺旋孔的拋光就更無能為力，這是由于這些拋光方法需要將拋光工具深入到孔內(nèi)表面近距離進(jìn)行拋光，細(xì)長孔的尺寸限制要求拋光工具必須非常細(xì)長，而這些拋光方法的拋光工具由于工藝要求不可能做到這一點(diǎn)，這就限制了這些拋光方法在細(xì)長孔和微細(xì)孔內(nèi)表面拋光的應(yīng)用。
[0004]常用的磨粒射流拋光技術(shù)(如水射流拋光、氣射流拋光)的優(yōu)點(diǎn)很多，應(yīng)用前景也較好，其主要通過由噴嘴小孔高速噴出的混有細(xì)小磨料粒子的拋光液作用于工件表面，通過磨料粒子的高速碰撞剪切作用達(dá)到磨削去除材料的射流拋光原理。由于這些射流拋光技術(shù)中微磨粒射流離開噴嘴后會(huì)迅速發(fā)散，不能形成準(zhǔn)直的加工束，因而需要噴嘴近距離接觸工件表面進(jìn)行微拋光，另外由于噴嘴尺寸較小，在微磨料射流加工過程中，極易堵塞，造成射流拋光效率較低。更為重要的是，目前的水射流或者氣射流技術(shù)都是采用單噴嘴方式進(jìn)行拋光加工，加工作用點(diǎn)小，加工效率較低，而且，由于采用單噴嘴近距離拋光，如果要加工內(nèi)孔，需要將噴嘴伸入內(nèi)孔內(nèi)，這就要求內(nèi)孔孔徑要能夠容納噴嘴的放入，限制了欲拋光的內(nèi)孔孔徑，對(duì)于內(nèi)孔中的非直線溝槽(如螺旋槽、膛線等)也無法順利拋光。
[0005]磨料流加工(Abrasive Flow Machining，簡(jiǎn)稱“AFM”)在國內(nèi)也稱為擠壓?行磨，其原理是在擠壓珩磨機(jī)作用下擠壓半固狀磨粒對(duì)被加工的零件表面進(jìn)行摩擦，從而對(duì)零件表面進(jìn)行拋光。但磨料流拋光技術(shù)尚未得到很好應(yīng)用，由于半固相磨粒流是磨粒相對(duì)于被加工表面的擠壓運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，孔越小則拋光工藝越難以實(shí)現(xiàn)，所需要的擠壓力越大，因而目前磨粒流工藝無法拋光孔徑小于50微米的微孔、集群陣列微孔、細(xì)長孔；另一方面，目前磨粒流拋光裝置主要靠擠壓珩磨機(jī)擠壓半固相磨粒流在工件孔道內(nèi)緩慢流動(dòng)，則磨粒流壓強(qiáng)小、流速慢、加工效率低，同時(shí)慢速流動(dòng)的磨粒會(huì)劃傷工件表面影響加工精度。因此，磨粒流如何高壓、高速射入工件孔道便是需要解決的難題。再者現(xiàn)有的磨粒流拋光方法及裝置不能兼顧大直徑的不規(guī)則孔、細(xì)長孔和群微孔的拋光，且磨粒流拋光裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作難，造價(jià)尚O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)特殊孔(不規(guī)則異型孔、螺紋孔、膛線孔、細(xì)微孔、群微孔等)難拋光的問題，提出一種精度高、加工效率高、損傷小、成本低的自增壓高速磨粒流孔內(nèi)表面拋光方法，簡(jiǎn)化孔內(nèi)表面拋光的操作技術(shù)，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自增壓高速磨粒流孔內(nèi)表面拋光方法，其特在于，包括以下步驟:
[0008](I)將被加工的工件通過夾具固定安裝在兩個(gè)呈左右對(duì)稱設(shè)置的流體增壓加速機(jī)構(gòu)之間；
[0009](2)配制拋光液；
[0010](3)將配制好的拋光液添加在被加工的工件、夾具及兩個(gè)流體增壓加速機(jī)構(gòu)形成的密閉通道中；
[0011](4)啟動(dòng)流體增壓加速機(jī)構(gòu)，拋光液受一側(cè)的流體增壓加速機(jī)構(gòu)的作用壓縮加速后高速射入工件孔內(nèi)，高速流動(dòng)的拋光液中的磨粒摩擦、碰撞工件孔內(nèi)表面后到達(dá)另一側(cè)的流體增壓加速機(jī)構(gòu)中，同時(shí)另一側(cè)的流體增壓加速機(jī)構(gòu)的作用下向同一方向運(yùn)動(dòng)，即一側(cè)壓縮液體時(shí)，另外一側(cè)剛好泄壓，兩側(cè)活塞運(yùn)動(dòng)方式一致，完成工件孔內(nèi)表面一個(gè)方向的拋光;接著，在另一側(cè)的流體增壓加速機(jī)構(gòu)的作用下拋光液被壓縮加速后高速反向射入工件孔內(nèi)，完成工件孔內(nèi)表面的反向拋光，完成一個(gè)加工循環(huán)；
[0012](5)循環(huán)步驟(4)，完成整個(gè)拋光加工。
[0013]作為優(yōu)選的，所述流體增壓加速機(jī)構(gòu)包括流體增壓加速腔體、活塞缸、活塞、活塞桿和驅(qū)動(dòng)單元，所述流體增壓加速腔體的一端通過夾具夾緊工件并與工件孔相連通，另一端與所述活塞缸相連通;所述活塞配合連接在所述活塞缸內(nèi)，并通過所述活塞桿與所述驅(qū)動(dòng)單元連接，所述驅(qū)動(dòng)單元可帶動(dòng)所述活塞在所述活塞缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0014]作為優(yōu)選的，所述步驟(4)的具體步驟為:啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元，帶動(dòng)活塞桿推動(dòng)活塞在活塞缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)，拋光液受一側(cè)的活塞擠壓作用經(jīng)流體增壓加速腔體壓縮加速后高速射入工件孔內(nèi)，高速流動(dòng)的拋光液中的磨粒摩擦、碰撞工件孔內(nèi)表面后到達(dá)另一側(cè)的活塞缸中，同時(shí)在另一側(cè)的活塞的作用下向同一方向運(yùn)動(dòng)，即一側(cè)壓縮液體時(shí)，另外一側(cè)剛好泄壓，兩側(cè)活塞運(yùn)動(dòng)方式一致，完成工件孔內(nèi)表面一個(gè)方向的拋光;接著，在另一側(cè)的驅(qū)動(dòng)單元的作用下拋光液被壓縮加速后高速反向射入工件孔內(nèi)，完成工件孔內(nèi)表面的反向拋光，完成一個(gè)加工循環(huán)。
[0015]作為優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)單元為可控式的驅(qū)動(dòng)單元，可根據(jù)加工工件的精度要求調(diào)節(jié)活塞移動(dòng)速度、設(shè)置循環(huán)拋光次數(shù)及時(shí)間。
[0016]作為優(yōu)選的，所述流體增壓加速腔體為變截面腔體。
[0017]作為優(yōu)選的，所述步驟(2)中的拋光液可以是液相拋光液、半固相拋光液、或氣相拋光液。
[0018]作為優(yōu)選的，所述液相拋光液的配制方法是:在液體中加入濃度為3%?30%的平均粒徑為1nm?40μπι的磨料，濃度為5 %?20 %的甘油，以及適量的分散劑和防銹劑;所述液體包括去離子水或油。
[0019]作為優(yōu)選的，所述半固相拋光液的配制方法是:在液體中加入濃度為5%?25 %黏彈性的高分子聚合物，濃度為3 %?30 %的平均粒徑為1nm?40μπι的磨料;所述液體包括去離子水或油。
[0020]作為優(yōu)選的，所述氣相拋光液的配制方法是:在氣體中加入濃度為3%?30%的平均粒徑為5nm?10nm的磨料;所述氣體包括空氣、或二氧化碳?xì)怏w、或氮?dú)狻?br>[0021]作為優(yōu)選的，其特征在于，所述磨料包括碳化硅、氧化鋁、氧化鈰、氮化硼、金剛石、
二氧化硅中的至少一種。
[0022]實(shí)施本發(fā)明的一種自增壓高速磨粒流孔內(nèi)表面拋光方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，能夠應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中，成本低、易操作、加工精度及效率高、適用范圍廣、便于普及，具體說來具有如下有益效果:
[0023](I)本發(fā)明利用具有流動(dòng)性的磨料對(duì)被加工的工件孔內(nèi)表面進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦、碰撞去除毛刺和降低孔內(nèi)表面的粗糙度的原理，實(shí)現(xiàn)了各類型的孔內(nèi)表面(例如:大直徑的不規(guī)則孔、槍炮管內(nèi)的螺旋膛線、螺紋孔及小直徑(毫米或者微米級(jí))的集群陣列微孔等的內(nèi)表面)去毛刺和拋光，簡(jiǎn)化了孔內(nèi)表面拋光的操作技術(shù)，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了拋光效率和拋光精度；同時(shí)，本發(fā)明還可以通過