一种分区式阶梯孔内表面均质抛光方法及装置

本发明涉及抛光设备领域，具体涉及一种针对多段变径特征的阶梯孔类零件内表面的均质抛光的方法及装置。

背景技术：

1、随着现代高端制造装备向精密化、集成化方向发展，具有阶梯孔结构被广泛应用于机械制造、航空航天、医疗化工等领域，承担着定位、连接、密封及流体传输等关键功能。由于阶梯孔几何结构较为复杂，孔肩部位往往存在应力集中，且加工过程中容易产生毛刺及微观缺陷，直接影响零件的装配精度、密封性能及使用寿命。因此，需要对阶梯孔内壁及孔肩部位进行高质量抛光处理，以消除缺陷并实现光滑过渡，而传统的抛光方法对阶梯孔的抛光效果难以满足需求。

2、对于孔内表面的抛光，现有方式主要有机械抛光、磨料流抛光、磁力研磨和电化学抛光等。机械抛光依赖工具与内壁的直接接触摩擦，受工具尺寸与刚性限制，难以实现孔段及孔肩的连续均质抛光，且现有机械抛光装置多针对统一直径内孔，无法适应变径内孔的抛光要求。磨料流抛光利用含磨料的粘弹性介质流动进行微切削，但在阶梯孔孔肩处易产生涡流和流速突变，导致孔肩与孔壁材料去除率不一致，压力过小无法有效加工，压力过大则可能破坏已加工表面。磁力研磨通过磁场控制磁性磨料形成柔性研磨刷，其去除量小，且对壁厚较大或低磁导率工件，磁场难以有效穿透并精确控制孔内磨料分布，小孔径段磁场衰减严重，孔肩及大径段抛光不均匀。电化学抛光以阳极溶解实现表面整平，但阴极形状需与复杂孔腔精确匹配，设计难度大，且孔肩处电场畸变易引起局部过腐蚀或抛光不足。

3、关于阶梯孔内表面抛光技术，中国专利公开号为cn222945222u的文献中提出了一种基于椭圆弧面扩张的抛光装置，通过内椭圆轴旋转使两个对称设置的外抛光轴沿扩张槽向外扩张，实现由小孔径孔段进入并对大孔径孔段进行抛光的功能，其存在的问题是：一方面抛光直径的切换及锁紧依赖手动操作，无法在加工过程中实现连续的自适应调整；另一方面其外抛光轴扩张后形成整段圆弧抛光面，主要面向孔壁的整体抛光，对孔肩直角或圆角过渡区的针对性抛光能力有限，难以实现孔肩与孔壁的均质抛光。中国专利公开号为cn218785451u的文献中提出采用柔弹性气压橡胶管驱动骨链式抛光结构，三个手指抛光骨链周向布置，每个骨链由多个铰接骨节组成，通过比例阀控制气压实现骨链弯曲以贴合不同内径的阶梯孔，其存在的问题是：骨链的整体弯曲以孔壁径向贴合为主要目标，难以对孔肩局部区域进行精准的抛光压力控制，且缺乏对已抛光表面的隔离保护机制，容易造成二次损伤。中国专利公开号为cn203266316u的文献中提出一种针对阶梯孔深处台阶棱及电镀硬金属堆积物的抛光工具，其存在的问题是：一方面抛光头倾斜角度固定，无法在抛光过程中动态调整抛光压力以适应不同孔肩形态或电镀堆积物的厚度变化，另一方面其开放式结构在抛光时，已加工区域容易被后续运动的工具或脱落的磨屑划伤，难以实现对已加工区域的原位隔离保护。

4、因此，上述现有阶梯孔内表面抛光技术大多针对特定直径变化或孔壁整体抛光，无法实现孔肩与内壁的均质抛光以及已加工区域的有效保护，因此亟需一种能够对阶梯孔孔肩及内壁进行均质抛光并能在加工过程中实时保护已加工区域的装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出一种分区式阶梯孔内表面均质抛光方法及装置，实现孔肩与内壁的分区抛光，形成物理遮挡，保护已加工孔肩区域不受后续抛光液的影响，从而实现阶梯孔孔肩和内壁的均质抛光。

2、为实现上述目的，本发明一种分区式阶梯孔内表面均质抛光装置采取的技术方案是：前端盖和后端盖固定安装后形成密封的腔室，腔室中是前后水平的带有阶梯孔的工件，工件的小孔端朝前，大孔端朝后，前端盖中心设有与阶梯孔小孔相通的入液口，后端盖后端开设有出液口一和出液口二；转轴为阶梯轴，从后端盖的后端中心通孔穿设，工件的阶梯孔与转轴的阶梯轴之间形成每一处径向截面均相等的圆环形间隙，转轴后端与马达传动连接；在后端盖外部的转轴上，从前到后固定套设轴承一、定位环二和轴承二，轴承一和轴承二的外部套有套筒，套筒前端与后端盖固定连接，后端与轴承端盖固定连接，轴承端盖和转轴之间密封；转轴的每个阶梯轴台阶内部都设有沿圆周均布的前后水平的2~4个活塞缸，每个活塞缸均通过前端的活塞端盖封闭，每个活塞缸的前侧外部同轴心地设有一个抛光环，每个抛光环与对应的活塞同轴固定连接；转轴内部布置有多个液压油流道，每个液压油流道包括轴向通道和径向通道，径向通道的数量与转轴的台阶数相同，轴向通道的数量与活塞缸的数量相同，每条轴向通道前端分别与一个活塞缸的底部连通，轴向通道的后端均与对应的一个径向通道连通；抛光液箱经抛光液循环泵与入液口连接，出液口一经二位二通电磁阀一与抛光液箱相连，出液口二经二位二通电磁阀二与抛光液箱相连；液压油箱经双向液压泵、三位三通电磁阀与液压油流道连通，在液压油流道与三位三通电磁阀之间的管路上设压力传感器；控制中心分别与抛光液循环泵、双向液压泵、二位二通电磁阀一、二位二通电磁阀二、三位三通电磁阀、马达以及压力传感器连接。

3、进一步地，转轴的阶梯轴各段的外径d与工件对应的阶梯孔内径d满足式：dp为抛光液中磨料颗粒的最大粒径；k为防堵塞安全系数，取值范围为8~12；τy为抛光液的屈服应力，当抛光液不具有屈服应力时，τy取0；l为阶梯孔总长度；pmax为抛光液循环泵的最大输出压力；τmax为工件材料允许的最大壁面剪切应力。

4、进一步地，抛光环的内径与在其前侧的工件的孔径一致，外径与其所在的工件的孔径一致；抛光环的工作面形状与对应的孔肩形状相同。

5、进一步地，抛光液箱中是抛光液，抛光液采用磨料颗粒分散于载液中形成的流体抛光介质，包括载液以及分散于载液中的磨料颗粒，磨料颗粒选用碳化硅、氧化铝、金刚石中的一种或多种，载液根据工件材料和抛光要求选用水基载液、油基载液或具有一定屈服应力的黏弹性载液，根据需要加入分散剂、增稠剂或缓蚀剂；磨料颗粒的种类、粒径和浓度根据工件材料、阶梯孔尺寸、初始表面粗糙度状态及抛光要求确定。

6、本发明一种分区式阶梯孔内表面均质抛光方法采取的技术方案是包括以下步骤：

7、步骤1）：控制中心启动马达，转轴旋转，带动抛光环旋转，双向液压泵正向工作，控制三位三通电磁阀处于进油状态，液压油通过液压油流道进入活塞缸，推动活塞向前伸出，使抛光环压紧各自对应的孔肩，抛光环在旋转状态下对对应的孔肩抛光；

8、步骤2）：孔肩抛光达到预设要求后，控制马达停止旋转，维持活塞缸内的液压力不变，抛光环继续贴紧各自对应的孔肩；

9、步骤3）：控制二位二通电磁阀一打开并启动抛光液循环泵，抛光液通过入液口泵入工件内部，在圆环形间隙流动，对各孔段内壁进行均质抛光。

10、进一步地，在步骤1）的同时，压力传感器实时检测液压油压力并将检测信号反馈至控制中心，控制中心根据预设压力值控制三位三通电磁阀的工作状态并调节双向液压泵的输出，使抛光环与各自对应孔肩之间的接触压力保持稳定。

11、进一步地，步骤3）中，抛光液流经工件内部后，通过出液口一流出，再经二位二通电磁阀一返回抛光液箱，实现抛光液的循环流动；抛光环始终保持贴紧各自对应的孔肩。

12、进一步地，在工件各孔段内壁抛光完成后，控制中心控制抛光液循环泵和二位二通电磁阀一关闭，并控制二位二通电磁阀二打开，工件内部残留的抛光液依次通过出液口二和二位二通电磁阀二流回抛光液箱，同时，控制中心控制三位三通电磁阀换向，并控制双向液压泵反向工作，将活塞缸内的液压油抽回液压油箱，活塞缩回，抛光环脱离对应孔肩并复位。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1. 本发明采用相互独立的抛光液循环系统和液压控制系统，采用马达驱动抛光环旋转，将阶梯孔内壁抛光功能与孔肩抛光功能分离，实现孔肩与内壁的分区抛光，解决传统抛光方式中孔肩部位难以均匀加工的问题。

15、2. 本发明通过设置与阶梯孔孔肩位置相对应的抛光环，采用独立的液压系统和动力系统控制抛光环的伸缩与旋转，实现孔肩与内壁的分区抛光；同时，通过压力传感器实时反馈，实现了对抛光环与孔肩之间接触压力的精确控制，进一步保证了抛光质量。

16、3. 本发明在孔肩抛光结束后，使抛光环继续贴紧各自对应的孔肩，对已加工孔肩形成物理遮挡，保护已加工孔肩区域不受后续抛光液的影响，有效避免后续高压抛光液对已加工孔肩造成二次冲刷或过抛光，从而实现阶梯孔孔肩和内壁的均质抛光。

17、4. 本发明通过使转轴各工作段的直径与对应阶梯孔孔径满足式，使转轴与阶梯孔内壁之间的环形间隙处于适宜的水力直径范围内，并使各孔段对应的环形流通截面积相等，从而减少抛光液中的磨料颗粒在环形间隙内发生堵塞的风险，稳定抛光液流速，提高各孔段内壁抛光的均匀性。

18、5. 本发明通过轴承对转轴进行转动支撑，并通过套筒、后端盖、定位环和轴承端盖组成的转轴支撑定位组件对转轴进行稳定支撑和定位，对轴承进行径向及轴向定位，避免转轴处于缺少支撑的悬臂状态，在不影响转轴旋转的前提下提高转轴的定位精度和旋转稳定性。

19、6. 本发明通过多处密封结构隔离抛光液、轴承润滑油和外部杂质，通过密封圈一、密封圈二和密封圈四防止工件内的抛光液泄漏，并利用密封圈四隔离抛光液和轴承润滑油；同时，通过密封圈三防止轴承润滑油外流及外部杂质进入轴承安装空间，从而降低抛光液污染和轴承工作环境污染的风险，提高装置运行的稳定性和工作环境的洁净性。

20、7. 本发明可适用于不同规格的阶梯孔零件，通过更换相应尺寸的转轴、抛光环及相关安装组件，即可满足不同孔径和孔肩形状的抛光要求，具有良好的通用性和扩展性。