一种基于射流的内表面微织构成形方法与流程

本发明涉及精密加工技术领域，尤其是涉及一种基于射流的内表面微织构成形方法。

背景技术：

摩擦现象普遍存在，如果能减少无用的摩擦损耗，便可以节省大量的能源。在机械装置中，存在着各种形式的摩擦，造成了许多不必要的能量损失。减少无用摩擦损失，是减少浪费和提高机械系统运行效率的有效手段之一。在特定表面加工出适合的表面微织构，可以改善摩擦副的摩擦性能，减少无用摩擦损失。

表面微织构的加工主要采用蚀刻、珩磨、激光加工、压刻、微细电解、振动冲击、liga等方法。而要在零件的内表面加工出微织构，如在零件相互配合的孔壁表面或腔体的内表面加工出微织构，加工装置需深入到零件的内腔。以上这些方法由于加工原理、工艺、控制、效率等的局限，对于一些织构形态或位置有较高要求的微织构，无法实现有效加工。因此，需要进行改进。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于射流的内表面微织构成形方法。它具有加工效率高，可进行复杂面加工微织构的特点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于射流的内表面微织构成形方法，用于加工工件型腔表面的微织构，该方法包括：

s101：将工件安装至工作腔内的工作台装置上；

s102：启动吸附装置将磨粒吸附至加工装置上的限位部；

s103：伸缩装置推动所述加工装置移动至工件型腔表面的预设位置后，关闭吸附装置；

s104：启动射流装置使加工装置沿射流通道输出具有预设压力的流体，所述流体在磨粒与限位部之间形成隔膜且使磨粒旋转，使所述磨粒加工工件的内腔壁；

s105：关闭射流装置，所述伸缩装置带动所述加工装置转动预设角度；

s106：循环执行步骤s104和s105直至工件加工完成。

进一步，所述流体的预设压力为10-30mpa，每个射流孔的流量为0.5-1.5l/min。

进一步，所述伸缩装置推动所述加工装置移动至工件型腔表面的预设位置，其中，所述伸缩装置包括纵向伸缩机构和安装在纵向伸缩机构上的横向伸缩机构，所述纵向伸缩机构带动横向伸缩机构移动和/或转动，所述横向伸缩机构带动所述加工装置移动。

进一步，所述加工装置包括导流板和安装至所述导流板的加工盘，所述导流板上设有与所述射流装置连接的若干导流孔，所述加工盘上开设有若干射流孔，所述导流孔与所述射流孔导通形成射流通道，所述限位部设于所述射流孔的输出端。

进一步，所述导流板设有汇聚所述若干导流孔的混合空间，所述加工盘封闭在所述混合空间的开口处，使所述射流孔与所述混合空间导通。

进一步，所述加工盘上安装有压板，所述压板上凸出有引导部，所述引导部插设于所述射流孔中并延伸至所述限位部，使所述射流孔的中心线偏离所述限位部的中心。

进一步，所述压板包括本体部和沿本体部径向凸出的至少二支脚部，所述引导部沿所述本体部的轴向凸出。

进一步，所述压板设有弹性装置，所述弹性装置包括固连在所述加工盘的导柱、及安装在导柱上的弹性元件，所述弹性元件弹性推抵在所述压板与所述加工盘之间。

进一步，所述磨粒采用微粒刀、圆形颗粒或表面具有不规则凸起的颗粒中的一种。

进一步，所述吸附装置包括真空泵、及连接真空泵与加工装置的吸附管，所述吸附管与所述射流通道导通。

采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：

在加工装置上的射流通道中设置限位部，通过限位部来限定磨粒的位置，使磨粒能均匀分布在加工装置上以在工件的内表面上加工形成微织构，加工效率高。射流作用在磨粒上，使得磨粒能与限位部之间形成隔膜，提高加工装置的使用寿命。射流能驱动磨粒在限位部中旋转，使磨粒的磨损更加均匀，提高磨粒的使用寿命和磨削效果。加工装置连接吸附装置便于磨粒的装卸，使加工装置能在复杂型腔的内表面加工出微织构。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明中加工装置与射流装置及吸附装置的结构示意图。

图3是本发明中微粒加工工件的局部放大结构示意图。

图4是本发明中压板的放大结构示意图。

图5是本发明中水循环系统的结构示意图。

图中：伸缩装置10；纵向伸缩机构11；横向伸缩机构12；导向柱121；伸缩组件122；螺母组件123；加工装置20；导流板21；导流孔211；加工盘22；限位部221；射流孔222；混合空间223；压板23；引导部231；支脚部232；导向孔233；本体部234；弹性装置24；导柱241；弹性元件242；射流装置30；水箱31；进水管32；增压泵33；吸附装置40；真空泵41；吸附管42；锁闭开关43；工件50；磨粒60；机架70；固定板71；工作腔72；工作台装置73；水循环系统80；过滤板81；回水管82。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

实施例，见图1至图5所示：一种基于射流的内表面微织构成形方法，用于加工工件50型腔表面的微织构，该方法包括：

步骤s101：将工件50安装至工作腔72内的工作台装置73上。

步骤s102：启动吸附装置40将磨粒60吸附至加工装置20上的限位部221。

步骤s103：伸缩装置10推动所述加工装置20移动至工件50型腔表面的预设位置后，关闭吸附装置40。磨粒60可以通过待加工工件50进行选择磨粒60的直径和种类。磨粒60采用微粒刀、圆形颗粒或表面具有不规则凸起颗粒中的一种。其中，微粒刀包括有刀本体和刀头，所述刀头设计成一个凸尖形状，它外凸地设置于所述刀本体的外表面上，所述刀头的几何尺寸为10nm～1mm，所述的刀本体内还设置有能使所述的刀头始终朝下偏转的配重块。

机架70上的伸缩装置10带动加工装置20沿型腔移动至预设的加工位置，加工装置20在该移动过程包括沿型腔的轴向方向移动和/或径向方向移动。加工装置20与工件50型腔的待加工表面之间形成间隙，该间隙为两者的平均值。可选地，加工装置20与待加工面的间距小于或等于磨粒60直径的二分之一。在执行步骤s101时，工作台装置73带动工件50在水平面的x-y方向移动，使调整工件50的型腔中心与伸缩装置10的中心重合，加工装置20可移动至预设的加工位置。

步骤s104：启动射流装置30使加工装置20沿射流通道输出具有预设压力的流体，所述流体在磨粒60与限位部221之间形成隔膜且使磨粒60旋转，使所述磨粒60加工工件50的内腔壁。其中，流体的预设压力为10-30mpa，比如，流体的压力为10、15、20、25或30mpa。每个射流孔222的流量为0.5-1.5l/min。

步骤s105：关闭射流装置30，所述伸缩装置10带动所述加工装置20转动预设角度。当型腔仅需在当前加工位置加工微织构，则伸缩装置10带动加工装置20移动并远离型腔。当型腔需要转动预设角度后加工另一型腔面，如转动30度。转动至下一加工位置后，循环执行步骤s104和s105直至工件50加工完成。

射流作用在磨粒60上使磨粒60具有动能和能量。磨粒60可旋转并磨削工件50。

其中，磨粒60的动量计算公式为：

磨粒60的能量计算公式为：

其中，m为磨粒60质量；v为磨粒60运动速度；σ为应力张量；ρ为密度；

∏ij为粘滞力；wij为核函数；e(xi)为磨粒60内部能量单元；hi为热流系数。

内表面微织构成形方法通过内表面微织构成形设备实现，设备包括机架70，在机架70上安装有固定板71，在固定板71上安装有伸缩装置10。伸缩装置10上安装有加工装置20、及连接至加工装置20的射流装置30和吸附装置40。机架70上设有用于放置工件50的工作台装置73，工作台装置73、加工装置20均位于机架70上的工作腔72内，流体和磨料均在工作腔72内循环。作为优选，加工装置20设有两个及以上且均布在伸缩装置10上。

加工装置20上设有输出流体的射流通道，射流通道的输出端设有用以限定磨粒60的限位部221，吸附装置40用于将磨粒60吸附装配至所述限位部221。伸缩装置10推动加工装置20移动至预设位置，即加工装置20移动至工件50的待加工面且两者之间具有空隙，同时，关闭吸附装置40并启动射流装置30，射流装置30输出具有预设压力的流体，流体在磨粒60与限位部221之间形成隔膜且使磨粒60旋转，使磨粒60在流体驱动下旋转并磨削加工工件50的内腔壁。作为优选，将待加工工件50的内腔沿纵向分布，加工装置20先沿纵向移动后沿横向移动至预设加工位置并加工内腔壁。

吸附装置40包括真空泵41、及连接真空泵41与加工装置20的吸附管42，吸附管42与射流通道导通。启动真空泵41，吸附装置40将磨粒60从上刀装置上吸附至加工装置20上，使磨粒60吸附在限位部221上。伸缩装置10带动加工装置20移动至工件50的待加工表面，其中，加工装置20与待加工工件50之间形成有间隙，该间隙的宽度小于磨粒60的初始外径。在吸附管42与加工装置20之间设有锁闭开关43，加工装置20移动至预设位置后，关闭真空泵41和控制锁闭开关43闭合，磨粒60处于自由状态。启动射流装置30，射流装置30通过进水管32向加工装置20上的射流通道中输入流体。加工装置20连接吸附装置40便于磨粒60的装卸，使加工装置20能加工复杂型腔。

射流作用在磨粒60上，在磨粒60与限位部221的内壁之间形成隔膜，在加工装置20移动驱动磨粒60抛光磨削工件50表面时，磨粒60不会直接作用在限位部221上，可以延长加工装置20的使用寿命。射流作用在磨粒60上使磨粒60具有向水平方向的作用力，磨粒60在加工装置20的作用下限定在工件50的预设位置，同时磨粒60进行旋转运行以在工件50表面加工微织构。通过射流驱动磨粒60旋转，使得磨粒60在磨削工件50的过程中，磨粒60自身的损耗均匀，延长磨粒60的磨削寿命。同时，射流可以及时冲洗工件50表面的磨屑和损耗的磨粒60，避免工件50表面可能受到的磨屑或损耗磨粒60的伤害。

通过射流作用在限定于限位部221处的磨粒60，磨粒60分布均匀，使得加工装置20能均匀磨削工件50，磨削效果稳定，加工效率高。

在加工工件50时，限位部221设置在与工件50正对的加工装置20上，如当工件50的加工表面沿竖直方向放置时，限位部221受到水平方向的作用力，使得加工装置20能均匀加工工件50的表面。当磨粒60加工工件50并损耗后，磨料的直径小于当前所处限位部221与工件50之间的间隙后，磨粒60会在流体作用下从限位部221中脱离，更换新的磨粒60后可继续磨削工件50，并依次循环，直至工件50加工完毕。

见图2和图3所示：在一实施方式中，加工装置20包括导流板21和安装至导流板21的加工盘22。导流板21上设有与射流装置30连接的若干导流孔211，加工盘22上开设有若干射流孔222，导流孔211与射流孔222导通形成射流通道，限位部221设于射流孔222的输出端。进一步的，导流板21设有汇聚若干导流孔211的混合空间223，加工盘22封闭在混合空间223的开口处，使射流孔222与混合空间223导通。吸附管42也与该混合空间223导通，并通过该混合空间223对射流孔222产生吸附力，使磨粒60被吸附在限位部221上。通过设置加工盘22的表面与工件50的待加工面匹配，可以使加工装置20在复杂表面加工出微织构。

混合空间223自导流板21的一侧空间向下凹陷形成，加工盘22封堵住混合空间223的开口，使射流装置30输入的流体填充在混合空间223后沿射流孔222均匀输出。作为优选，导流孔211均匀分布在导流板21上，使得射流装置30输入到混合空间223的流体均匀，继而使得自射流孔222中输出的流体压力均匀。

通过设置导流板21可以方便加工装置20与射流装置30的连接，射流孔222的数量多于导流孔211的数量，导流板21可进一步调节射流孔222输出流体的压力和均匀度，提高射流效果。加工盘22容易磨损，可通过紧固连接的方式固定在导流板21上，能在磨损后及时更换，降低方法的成本，提高加工精度。

限位部221自加工盘22的表面沿射流孔222凹陷形成，限位部221的直径自与射流孔222的相交处向加工盘22的表面方向逐渐增大，其中，限位部221呈锥面形或弧面形凹陷。磨粒60限定在限位部221中，射流作用在磨粒60上并沿限位部221的表面流出。

见图3和图4所示：在加工盘22上安装有压板23，压板23上凸出有引导部231，引导部231插设于射流孔222中并延伸至限位部221，使射流孔222的中心线偏离限位部221的中心。压板23安装在混合空间223内，且正对射流孔222。压板23包括本体部234和沿本体部234径向凸出的至少二支脚部232，引导部231沿本体部234的轴向凸出。可选地，压板23呈圆形结构，支脚部232设有三个且均匀分布在本体部234上，设置支脚部232可以减小压板23对流体的影响。流体可通过支脚部232与本体部234之间的空间及压板23与加工盘22之间的间隔空间进入到射流孔222中。由于，磨粒60在限位部221内处于偏心状态，磨粒60上部受到的射流冲击力大于下部，以使磨粒60旋转加工工件50的内表面。可选地，射流孔222的中心位于限位部221的中心的上方。

在压板23设有弹性装置24，弹性装置24用以弹性推抵在加工盘22上，使得压板23沿射流孔222方向弹性伸缩。具体的，弹性装置24包括固连在加工盘22的导柱241、及安装在导柱241上的弹性元件242，弹性元件242弹性推抵在压板23与加工盘22之间，弹性元件242可包括压簧等。导柱241固定在加工盘22上，在支脚部232上开设有导向孔233，导柱241插设于导向孔233中。压板23精确安装在加工盘22上，弹性装置24的伸缩可以由混合空间223内的液体压力调节，流体运行稳定，方便调节磨料的旋转角度。

见图1所示：伸缩装置10包括纵向伸缩机构11和安装在纵向伸缩机构11上的横向伸缩机构12，纵向伸缩机构11带动横向伸缩机构12移动和/或转动，横向伸缩机构12带动加工装置20移动。纵向伸缩机构11安装在机架70固定板71上，如采用气缸或液压缸等，可带动横向伸缩机构12沿纵向移动，或采用电机等可带动横向伸缩机构12转动，或者采用两者的结合，使横向伸缩机构12能纵向移动及转动。

横向伸缩机构12包括导向柱121和安装在导向柱121上的伸缩组件122，加工装置20安装在伸缩组件122的输出端。横向伸缩机构12带动加工装置20移动，使加工盘22贴合在工件50的待加工面上。横向伸缩机构12可采用气缸，液压缸或连杆机构。

当横向伸缩机构12采用连杆机构驱动时，导向柱121采用丝杠，伸缩组件122由至少二组呈“x”形的连杆依次连接而成。加工装置20安装在伸缩组件122的一端，在伸缩组件122的另一端的连杆上安装有螺母组件123并连接至导向柱121，其中，两螺母组件123为反螺纹。当导向柱121转动时，两螺母组件123沿导向柱121收拢或展开，带动加工装置20向工件50的待加工面靠拢或远离，伸缩范围大，实现大工件50的腔体内壁加工。

工作台装置73包括沿水平方向移动的横向移动机构和沿水平方向移动的纵向移动机构，横向移动机构与纵向移动机构相互垂直，横向移动机构与纵向移动机构用以固定工件50并带动工件50在水平方向上移动。配合加工装置20的沿竖直方向的直线运动，多运动方向的配合，能在工件50的预设位置形成微织构，加工效率高。其中，加工装置20、工作台装置73及工件50均处于一工作腔72内。

见图5所示：射流装置30包括水箱31、连接至水箱31的进水管32及位于进水管32上的增压泵33，进水管32连接至加工装置20。该方法还包括水循环系统80，水循环系统80包括安装在机架70上的过滤板81及连接至水箱31的回水管82，过滤板81位于回水管82的另一端。通过射流装置30驱动磨粒60加工工件50表面，通过水循环系统80对流体进行回收，循环利用，节约资源，降低成本。增压泵33用以调节和控制流体的输出压力，调节方便。

该基于射流的内表面微织构成形方法还包括磨粒60循环系统以及水-磨粒60分离装置、磨削切屑去除装置。水经多次过滤后可以循环使用，磨粒60经分筛后，同样目数的磨粒60收集后也可以继续使用，大大节省资源，减少浪费。

值得一提的是，在加工装置20加工过程中，通过纵向伸缩机构11沿纵向往复移动带动横向伸缩机构12和加工装置20移动，以实现内腔壁的纵向长条微织构加工。或者轴向转动带动横向伸缩机构12和加工装置20转动，以实现内腔壁的周向长条微织构加工。又或纵向伸缩机构11沿纵向往复移动并转动，带动横向伸缩机构12和加工装置20移动，以实现内腔壁的曲线微织构加工，加工方便。

射流的装置目前已广泛使用，其它结构和原理与现有技术相同，这里不再赘述。