阅读说明：本技术 利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置及其方法 (Through hole polishing device and method for polishing through hole by using negative pressure ) 是由 李研彪 张丽阳 张利 单晓杭 叶必卿 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置及其方法,包括滑动导轨夹紧组件、工件夹持组件、磨粒流循环组件和密封装置,所述滑动导轨夹紧组件、工件夹持组件和磨粒流循环组件均安装在密封装置内部,密封装置上开设有氮气通气口和氮气抽气口,密封装置上的氮气通气口连接外置的氮气发生装置,密封装置上的氮气抽气口连接外置的抽气装置；本发明通过负压状态下的磨粒流可以实现对3D打印出来的加加工工件上的弯曲内孔进行抛光,实现了弯曲内孔抛光的自动化,节省了人力成本,并且通过自动化加工,可以获得更高的抛光精度,效率大幅得到提升。(The invention discloses a through hole polishing device and a method thereof for polishing a through hole by utilizing negative pressure, and the through hole polishing device comprises a sliding guide rail clamping assembly, a workpiece clamping assembly, an abrasive particle flow circulating assembly and a sealing device, wherein the sliding guide rail clamping assembly, the workpiece clamping assembly and the abrasive particle flow circulating assembly are all arranged inside the sealing device; according to the invention, the polishing of the bent inner hole on the machined workpiece printed by 3D can be realized through the abrasive flow in the negative pressure state, the automation of the polishing of the bent inner hole is realized, the labor cost is saved, the higher polishing precision can be obtained through the automatic machining, and the efficiency is greatly improved.)

利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置及其方法

技术领域

本发明涉及磨粒流抛光领域，更具体的说，尤其涉及一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置及其方法。

背景技术

抛光主要是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。目前常用的抛光方法有机械抛光、化学抛光、电解抛光等。

液态金属液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。液态金属抛光是指在变化的磁场和电场下混有磨粒的液态金属混合液对工件进行抛光工作。

3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着3D打印技术的不断成熟，运用范围越来越广泛，而目前对于3D打印产品的通孔加工没有一种合适的方法，主要还是通过人工打磨加工，无法实现通孔的自动化抛光，加工效率不高，并且加工的质量无法得到保证。

对于工件弯曲通孔的抛光，无法采用传统的机械，化学抛光技术，因此一般会采取磨粒流抛光和液态金属抛光，但是单纯的磨粒流和液态金属抛光可能效率较低，抛光时间较长。

发明内容

本发明的目的在于解决3D打印工件弯曲内孔抛光效率低，周期长，且无法实现自动化抛光问题，提出了一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置及其方法，能够自动实现3D打印工件弯曲内孔的抛光，抛光效率高，自动化程度高，极大节约了人力成本，提高了加工效率。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置，包括滑动导轨夹紧组件、工件夹持组件、磨粒流循环组件和密封装置，所述滑动导轨夹紧组件、工件夹持组件和磨粒流循环组件均安装在密封装置内部，密封装置上开设有氮气通气口和氮气抽气口，密封装置上的氮气通气口连接外置的氮气发生装置，密封装置上的氮气抽气口连接外置的抽气装置；

所述滑动导轨夹紧组件包括驱动电机、水平直线模组、联轴器、电机座和活动板，所述水平直线模组水平安装在密封装置的底板上，驱动电机通过电机座固定在水平直线模组的一端，驱动电机的输出轴通过联轴器连接水平直线模组，所述活动板固定在水平直线模组的滑块上，驱动电机运动时驱动水平直线模组的滑块和活动板在水平方向直线运动；

所述磨粒流循环组件包括磨粒流容器、抽水泵、第一磨粒流循环管、第二磨粒流循环管、第三磨粒流循环管和加热管，所述抽水泵的出水口连接加热管的进水口，所述抽水泵的进水口通过第二磨粒流循环管连接磨粒流容器的出水口，所述第二磨粒流循环管的入水口连接第三磨粒流循环管的一端；所述磨粒流容器顶部设置容器抽气口，磨粒流容器顶部的容器充气口与密封装置内部相连通；

所述工件夹持组件包括固定端双向连接座、活动端双向连接座、活动端工件夹持头、固定端工件夹持头和固定底座，所述固定底座固定在密封装置的底板上，活动端双向连接座固定安装在所述固定底座上，所述固定端双向连接座固定安装在所述活动板上；所述活动端双向连接座的一端连接活动端工件夹持头，所述活动端双向连接座的另一端通过第一磨粒流循环管连接加热管的出水口；所述固定端双向连接座的一端连接固定端工件夹持头，固定端双向连接座的另一端连接第三磨粒流循环管的另一端。

进一步的，所述磨粒流容器、第二磨粒流循环管、抽水泵、第一磨粒流循环管、加热管、活动端双向连接座、活动端工件夹持头、待加工工件、固定端工件夹持头、固定端双向连接座、第三磨粒流循环管共同构成整个磨粒流循环系统，抽水泵工作时，磨粒流依次在磨粒流循环系统的各个组成部件中流动。

进一步的，所述氮气发生装置通过氮气通气口向密封装置内通入氮气，通过抽气装置从氮气抽气口中将密封装置内的其他气体逐渐抽出，使容器内充斥大量的氮气，关闭氮气发生装置并继续利用抽气装置对密封装置进行抽气，使整个密封装置处于负压状态，此时停止抽气并关闭氮气抽气口，使整个加工过程中密封装置内部始终保持负压状态。

进一步的，所述密封容器上设置有观察窗口。

进一步的，所述固定端双向连接座与固定端工件夹持头和第三磨粒流循环管一端均通过螺纹连接并通过密封圈密封。

进一步的，所述活动端双向连接座与加热管和活动端工件夹持头均通过螺纹连接并通过密封圈密封。

进一步的，所述固定端双向连接座设置有左侧螺纹接头和右侧螺纹接头，第三磨粒流循环管的一端设置有与固定端双向连接座上的左侧螺纹接头相配合的内螺纹，第三磨粒流循环管通过内螺纹与固定端双向连接座上的左侧螺纹接头配合与固定端双向连接座固定连接；所述活动端双向连接座设置有左侧螺纹接头和右侧螺纹接头，加热管的一端设置有与活动端双向连接座上的右侧螺纹接头相配合的内螺纹，加热管通过内螺纹与活动端双向连接座上的右侧螺纹接头配合与活动端双向连接座固定连接。

进一步的，所述活动端工件夹持头和固定端工件夹持头均包括圆柱状的固定端和用于安装工件的安装端，活动端工件夹持头的固定端上设置有与固定端双向连接座上的左侧螺纹接头相配合的内螺纹，活动端工件夹持头的固定端通过内螺纹与固定端双向连接座上的左侧螺纹接头的配合与固定端双向连接座固定连接，固定端工件夹持头的固定端上设置有与活动端双向连接座上的右侧螺纹接头相配合的内螺纹，固定端工件夹持头的固定端通过内螺纹与右侧螺纹接头的配合与活动端双向连接座固定连接。

进一步的，所述活动端工件夹持头和固定端工件夹持头的安装端采用仿形设计，针对不同的工件设计不同的仿形端，使待加工工件的两端分别与活动端工件夹持头和固定端工件夹持头的安装端密封连接。

基于一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置的一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光方法，具体包括如下步骤：

步骤一：将待加工工件的一端固定在固定端工件夹持头内，开启驱动电机，通过联轴器带动水平直线模组的滑块和活动板组成的整体沿着直线运动，使活动端工件夹持头逐渐靠近待加工工件的另一端，直到加待加工工件夹紧在活动端工件夹持头和固定端工件夹持头之间，待加工工件两端与活动端工件夹持头和固定端工件夹持头之间完全密封，此时停止驱动电机，待加工工件上的弯曲内孔两端分别与活动端工件夹持头和固定端工件夹持头内部连通；

步骤二：将磨粒流注入磨粒流容器中，磨粒流容器中磨粒流的液面要高出磨粒流容器的出水口的高度且低于磨粒流容器中进水口的高度；

步骤三：打开外置的氮气发生装置，利用氮气通气口向整个密封装置内冲入氮气，并打开外置的抽气装置，利用氮气抽气口将密封装置内的空气抽出，直至密封装置内充斥大量氮气；

步骤四：关闭氮气发生装置，继续利用抽气装置对密封装置进行抽气，使整个密封装置处于负压状态，当密封装置的负压值到达一定程度时关闭氮气抽气口和抽气装置，停止对密封装置的抽气并使密封装置保持负压状态；由于磨粒流容器上端设有与密封装置连通的容器充气口，磨粒流容器内也会处于负压状态；

步骤五：打开抽水泵，抽水泵通过第二磨粒流循环管将磨粒流容器中的磨粒流抽出，磨粒流依次经过第一磨粒流循环管、加热管、活动端双向连接座、活动端工件夹持头、待加工工件、固定端工件夹持头、固定端双向连接座、第三磨粒流循环管回到磨粒流容器中，抽水泵始终保持打开的情况下，磨粒流保持在整个磨粒流循环系统中流动；

步骤六：打开加热管，利用加热管中的加热装置对流经加热管的磨粒流进行加热，磨粒流在负压加热环境中开始气化，使得原本仅存在固体和液体二相的磨粒流变成固液气三相混合状态，固液气三相混合状态的磨粒流不断流过待加工工件的弯曲内孔，从而实现对待加工工件的弯曲内孔的加工，直至完成整个待加工工件的加工。

本发明的有益效果在于：。

1、本发明通过负压状态下的磨粒流可以实现对3D打印出来的加加工工件上的弯曲内孔进行抛光，实现了弯曲内孔抛光的自动化，节省了人力成本，并且通过自动化加工，可以获得更高的抛光精度，效率大幅得到提升。

2、本发明通过磨粒流对待加工工件的弯曲内孔进行抛光，通过密封装置使得整个抛光装置处于负压环境下，使得磨粒流能够更加顺利的进入待加工工件的弯曲内孔中，使得抛光更加的充分。

3、本发明通过排出密封装置中的空气，降低了空气中氧气在抛光时对抛光工件的影响。

4、本发明整个装置放置在负压环境中，降低了整个抛光装置气密性的要求。

5、在本发明采用加热管将固液二相的磨粒流加热成固液气三相，能够通过气化更好的实现抛光效果，可以有效的抛光3D工件的内孔，并且加强了抛光效率，保证了抛光质量。

附图说明

图1是本发明密封装置内部的利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置的结构示意图。

图2是本发明利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置的俯视图。

图3是本发明密封装置内部的利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置的主视图。

图4是本发明固定端工件夹持头或活动端工件夹持头的第一种实施例结构示意图。

图5是本发明固定端工件夹持头或活动端工件夹持头的第二种实施例结构示意图。

图6是本发明固定端工件夹持头或活动端工件夹持头的第三种实施例结构示意图。

图中，1-密封装置、2-第一磨粒流循环管、3-活动端工件夹持头、4-抽水泵、5-加热管、6-第二磨粒流循环管、7-氮气抽气口、8-电机座、9-驱动电机、11-联轴器、12-水平直线模组、13-观察窗口、14-活动板、15-活动端双向接头底座、17-待加工工件、18-固定底座、19-固定端工件夹持头、20-固定端双向连接座、21-第三磨粒流循环管、23-磨粒流容器、24-氮气通气口、25-容器抽气口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～3所示，一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置，包括滑动导轨夹紧组件、工件夹持组件、磨粒流循环组件和密封装置1，所述滑动导轨夹紧组件、工件夹持组件和磨粒流循环组件均安装在密封装置1内部，密封装置1上开设有氮气通气口24和氮气抽气口7，密封装置1上的氮气通气口24连接外置的氮气发生装置，密封装置1上的氮气抽气口7连接外置的抽气装置。

所述滑动导轨夹紧组件包括驱动电机9、水平直线模组12、联轴器11、电机座8和活动板14，所述水平直线模组12水平安装在密封装置1的底板上，驱动电机9通过电机座8固定在水平直线模组12的一端，驱动电机9的输出轴通过联轴器11连接水平直线模组12，所述活动板14固定在水平直线模组12的滑块上，驱动电机9运动时驱动水平直线模组12的滑块和活动板14在水平方向直线运动。

所述磨粒流循环组件包括磨粒流容器23、抽水泵4、第一磨粒流循环管2、第一磨粒流循环管2、第三磨粒流循环管21和加热管5，所述抽水泵4的出水口连接加热管5的进水口，所述抽水泵4的进水口通过第一磨粒流循环管2连接磨粒流容器23的出水口，所述第一磨粒流循环管2的入水口连接第三磨粒流循环管21的一端；所述磨粒流容器23顶部设置容器抽气口25，磨粒流容器23顶部的容器充气口与密封装置1内部相连通。

所述工件夹持组件包括固定端双向连接座20、活动端双向连接座15、活动端工件夹持头3、固定端工件夹持头19和固定底座18，所述固定底座18固定在密封装置1的底板上，活动端双向连接座15固定安装在所述固定底座18上，所述固定端双向连接座20固定安装在所述活动板14上；所述活动端双向连接座15的一端连接活动端工件夹持头3，所述活动端双向连接座15的另一端通过第一磨粒流循环管连接加热管5的出水口；所述固定端双向连接座20的一端连接固定端工件夹持头19，固定端双向连接座20的另一端连接第三磨粒流循环管21的另一端。

所述磨粒流容器23、第一磨粒流循环管2、抽水泵4、第一磨粒流循环管2、加热管5、活动端双向连接座15、活动端工件夹持头3、待加工工件17、固定端工件夹持头19、固定端双向连接座20、第三磨粒流循环管21共同构成整个磨粒流循环系统，抽水泵4工作时，磨粒流依次在磨粒流循环系统的各个组成部件中流动。

所述氮气发生装置通过氮气通气口24向密封装置1内通入氮气，通过抽气装置从氮气抽气口7中将密封装置1内的其他气体逐渐抽出，使容器内充斥大量的氮气，关闭氮气发生装置并继续利用抽气装置对密封装置1进行抽气，使整个密封装置1处于负压状态，此时停止抽气并关闭氮气抽气口7，使整个加工过程中密封装置1内部始终保持负压状态。

所述密封容器上设置有观察窗口13。

所述固定端双向连接座20与固定端工件夹持头19和第三磨粒流循环管21一端均通过螺纹连接并通过密封圈密封。

所述活动端双向连接座15与加热管5和活动端工件夹持头3均通过螺纹连接并通过密封圈密封。

所述固定端双向连接座20设置有左侧螺纹接头和右侧螺纹接头，第三磨粒流循环管21的一端设置有与固定端双向连接座20上的左侧螺纹接头相配合的内螺纹，第三磨粒流循环管21通过内螺纹与固定端双向连接座20上的左侧螺纹接头配合与固定端双向连接座20固定连接；所述活动端双向连接座15设置有左侧螺纹接头和右侧螺纹接头，加热管5的一端设置有与活动端双向连接座15上的右侧螺纹接头相配合的内螺纹，加热管5通过内螺纹与活动端双向连接座15上的右侧螺纹接头配合与活动端双向连接座15固定连接。

如图4～6所示，所述活动端工件夹持头3和固定端工件夹持头19均包括圆柱状的固定端和用于安装工件的安装端，活动端工件夹持头3的固定端上设置有与固定端双向连接座20上的左侧螺纹接头相配合的内螺纹，活动端工件夹持头3的固定端通过内螺纹与固定端双向连接座20上的左侧螺纹接头的配合与固定端双向连接座20固定连接，固定端工件夹持头19的固定端上设置有与活动端双向连接座15上的右侧螺纹接头相配合的内螺纹，固定端工件夹持头19的固定端通过内螺纹与右侧螺纹接头的配合与活动端双向连接座15固定连接。

所述活动端工件夹持头3和固定端工件夹持头19的安装端采用仿形设计，针对不同的工件设计不同的仿形端，不仅可以根据待加工工件两端的形状设计成圆形、三角形、方形也可以设计成其他任意的仿形形状，只需要保证安装后密封即可，使待加工工件17的两端分别与活动端工件夹持头3和固定端工件夹持头19的安装端密封连接。

基于一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光装置的一种利用负压进行通孔抛光的通孔抛光方法，具体包括如下步骤：

步骤一：将待加工工件17的一端固定在固定端工件夹持头19内，开启驱动电机9，通过联轴器11带动水平直线模组12的滑块和活动板14组成的整体沿着直线运动，使活动端工件夹持头3逐渐靠近待加工工件17的另一端，直到加待加工工件17夹紧在活动端工件夹持头3和固定端工件夹持头19之间，待加工工件17两端与活动端工件夹持头3和固定端工件夹持头19之间完全密封，此时停止驱动电机9，待加工工件17上的弯曲内孔两端分别与活动端工件夹持头3和固定端工件夹持头19内部连通；

步骤二：将磨粒流注入磨粒流容器23中，磨粒流容器23中磨粒流的液面要高出磨粒流容器23的出水口的高度且低于磨粒流容器23中进水口的高度；

步骤三：打开外置的氮气发生装置，利用氮气通气口24向整个密封装置1内冲入氮气，并打开外置的抽气装置，利用氮气抽气口7将密封装置1内的空气抽出，直至密封装置1内充斥大量氮气；

步骤四：关闭氮气发生装置，继续利用抽气装置对密封装置1进行抽气，使整个密封装置1处于负压状态，当密封装置1的负压值到达一定程度时关闭氮气抽气口7和抽气装置，停止对密封装置1的抽气并使密封装置1保持负压状态；由于磨粒流容器23上端设有与密封装置1连通的容器充气口，磨粒流容器23内也会处于负压状态；

步骤五：打开抽水泵4，抽水泵4通过第一磨粒流循环管2将磨粒流容器23中的磨粒流抽出，磨粒流依次经过第一磨粒流循环管2、加热管5、活动端双向连接座15、活动端工件夹持头3、待加工工件17、固定端工件夹持头19、固定端双向连接座20、第三磨粒流循环管21回到磨粒流容器23中，抽水泵4始终保持打开的情况下，磨粒流保持在整个磨粒流循环系统中流动；

步骤六：打开加热管5，利用加热管5中的加热装置对流经加热管5的磨粒流进行加热，磨粒流在负压加热环境中开始气化，使得原本仅存在固体和液体二相的磨粒流变成固液气三相混合状态，固液气三相混合状态的磨粒流不断流过待加工工件17的弯曲内孔，从而实现对待加工工件17的弯曲内孔的加工，直至完成整个待加工工件17的加工。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。