本發(fā)明涉及表面拋光，特別涉及一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具。

背景技術(shù)：

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(carbon?fiber?reinforced?plastic，cfrp)以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、可整體成型等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、風(fēng)電、汽車及船舶等先進(jìn)裝備工業(yè)展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，而被廣泛應(yīng)用。由于cfrp的應(yīng)用可以有效降低設(shè)備的結(jié)構(gòu)重量，提高其機(jī)動(dòng)性能、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及能效等，因此采用cfrp取代金屬和非金屬等常規(guī)材料制造結(jié)構(gòu)件已經(jīng)成為國內(nèi)外高端裝備制造業(yè)的主流趨勢。

2、cfrp采用鋪放-固化制造成型工藝，可容易地實(shí)現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)制造，實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜構(gòu)件的整體近凈成型。cfrp雖可實(shí)現(xiàn)近凈成形，但仍需通過二次加工獲得滿足要求的形狀尺寸精度和表面質(zhì)量，以滿足對零件的裝配及使用要求。一般，主體結(jié)構(gòu)并不需要額外進(jìn)行減材加工，主要加工任務(wù)為裝配、連接區(qū)域的切邊與制孔，特別是制件上大量裝配孔的加工。目前，廣泛采用的制孔方法為傳統(tǒng)鉆削制孔和螺旋銑削制孔。

3、工程應(yīng)用層面，cfrp加工過程中最受關(guān)注的是其表面質(zhì)量和缺陷控制。諸如分層、撕裂、樹脂涂覆、降解等缺陷是直接影響制件力學(xué)性能的重要質(zhì)量問題。學(xué)者對t800層壓板進(jìn)行了銑削加工和磨削加工，以研究銑削和磨削對cfrp加工表面質(zhì)量的影響。通過對銑削和磨削加工后表面微觀形貌和表面粗糙度的對比，發(fā)現(xiàn)磨削加工表面質(zhì)量要明顯優(yōu)于銑削加工表面質(zhì)量。典型結(jié)果對比如圖8所示。圖8a為銑削加工表面，圖8b為磨削加工表面。銑削加工表面呈現(xiàn)規(guī)律型凹坑，特別是，45°纖維角度鋪層加工質(zhì)量最差，出現(xiàn)了大量集束纖維彎曲斷裂形成的凹坑，而90°和135°纖維角度鋪層出現(xiàn)了嚴(yán)重的樹脂涂覆現(xiàn)象。磨削加工表面整體呈現(xiàn)固定排列的豎脊，幾乎無凹坑，且所有纖維角度鋪層，纖維斷口均清晰可見，無明顯樹脂涂覆現(xiàn)象。

4、對cfrp構(gòu)件鉆削或螺旋銑削得到的孔壁進(jìn)行二次被動(dòng)柔順精拋光加工，盡可能地去除鉆削或螺旋銑削工藝導(dǎo)致的微觀顯著缺陷層，是提升孔加工質(zhì)量、提高制件力學(xué)性能的有效方法。因此，開發(fā)一種能夠自適應(yīng)孔徑的高效的全孔深孔壁柔順拋光工具具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，包括主桿機(jī)構(gòu)、兩個(gè)重刀齒機(jī)構(gòu)和兩個(gè)回復(fù)彈片。

3、所述主桿機(jī)構(gòu)包括主桿機(jī)架、壓線支撐塊、壓線塊、壓線支撐塊擠壓螺絲、壓線塊擠壓螺絲和回復(fù)彈片固定螺絲。

4、所述主桿機(jī)架包括依次同軸設(shè)置有夾持柄、過渡段和裝配結(jié)構(gòu)部。所述夾持柄和過渡段均為圓柱體。所述過渡段的半徑小于夾持柄的半徑。所述裝配結(jié)構(gòu)部整體為曲面體。所述裝配結(jié)構(gòu)部包括頂、底面和4個(gè)側(cè)面。所述裝配結(jié)構(gòu)部的截面為直邊橢圓形(即矩形的兩條對邊被兩條相同的圓弧代替，新圍成圖形的面積大于原矩形面積)。所述直邊橢圓形對應(yīng)圓弧段的半徑等于過渡段的半徑。所述裝配結(jié)構(gòu)部的4個(gè)側(cè)面包括兩個(gè)平面和兩個(gè)曲面。所述兩個(gè)平面標(biāo)記為特征平面。所述特征平面上部設(shè)置有回復(fù)彈片固定螺紋孔和矩形導(dǎo)軌槽。所述回復(fù)彈片固定螺紋孔位于矩形導(dǎo)軌槽上方。所述矩形導(dǎo)軌槽貫通兩個(gè)特征平面。所述裝配結(jié)構(gòu)部的下表面設(shè)置有軸向中心孔。所述軸向中心孔與矩形導(dǎo)軌槽連通。所述裝配結(jié)構(gòu)部的下表面還設(shè)置有壓線支撐塊安裝槽。所述壓線支撐塊安裝槽貫通兩個(gè)特征平面。兩個(gè)特征平面上分別在安裝槽位置處設(shè)置有沉頭螺紋孔i和沉頭螺紋孔ii。所述沉頭螺紋孔ii正對軸向中心孔。

5、所述壓線支撐塊整體為長方體。所述壓線支撐塊的中部設(shè)置有矩形的壓線塊安裝槽。所述壓線塊整體為長方體。所述壓線塊上設(shè)置有中心導(dǎo)線孔。所述壓線塊采用橡膠材料制得。所述壓線塊容置在壓線塊安裝槽中。所述壓線支撐塊容置在壓線支撐塊安裝槽中。所述壓線支撐塊擠壓螺絲旋入沉頭螺紋孔i中，通過擰緊或擰松來壓緊或松開壓線支撐塊。所述壓線塊擠壓螺絲旋入沉頭螺紋孔ii中，通過擰緊或擰松來擠壓或松開壓線塊。

6、每個(gè)重刀齒機(jī)構(gòu)均包括重齒頭、接線螺絲和限位繩。所述重齒頭包括滑塊部與弧面工作部。所述弧面工作部為弓形柱體。所述滑塊部整體為長方體。所述弧面工作部對應(yīng)弦長與滑塊部的寬相等。所述弧面工作部對應(yīng)半徑與過渡段的半徑相等。所述弧面工作部的圓弧面上電鍍有拋光層。所述滑塊部布置在弧面工作部。所述滑塊部的一側(cè)貼敷在弧面工作部的平面?zhèn)?，另一?cè)設(shè)置有沉頭螺紋孔。所述滑塊部的上表面與滑塊部的上表面平齊，下表面與滑塊部的下表面存在間距。所述滑塊部嵌入矩形導(dǎo)軌槽中。所述弧面工作部的下表面與裝配結(jié)構(gòu)部的下表面平齊。非工作狀態(tài)下，所述弧面工作部遮蓋壓線支撐塊安裝槽位于特征平面的出口。兩個(gè)重齒頭與主桿機(jī)架在弧面工作部高度范圍內(nèi)組成一個(gè)完整的圓柱體。所述接線螺絲旋入沉頭螺紋孔中。所述限位繩的一端拴接在接線螺絲上，另一端依次穿過矩形導(dǎo)軌槽和中心導(dǎo)線孔。所述壓線塊在壓線塊擠壓螺絲的擠壓下，中心導(dǎo)線孔變形而夾緊限位繩。

7、所述回復(fù)彈片包括平直安裝段，以及平直安裝段彎折延伸出的彈性爪。所述平直安裝段設(shè)置有安裝孔。所述回復(fù)彈片通過安裝孔和回復(fù)彈片固定螺紋孔安裝在特征平面處。所述彈性爪的尾端頂?shù)謹(jǐn)D壓弧面工作部的圓弧面。

8、工作時(shí)，重齒頭在離心力作用下向外滑動(dòng)自適應(yīng)孔徑，并擠壓孔壁產(chǎn)生拋光法向壓力。所述限位繩限制重齒頭不會(huì)完全滑出矩形導(dǎo)軌槽。停轉(zhuǎn)狀態(tài)后，回復(fù)彈片壓緊重齒頭收合復(fù)位。

9、進(jìn)一步，所述重齒頭的材質(zhì)選用合金鋼。

10、進(jìn)一步，所述回復(fù)彈片選用一體化沖壓成型的彈簧鋼片。

11、進(jìn)一步，所述回復(fù)彈片的厚度為0.5～1.5mm。

12、進(jìn)一步，所述限位繩選用細(xì)蠟線。

13、進(jìn)一步，所述限位繩的直徑為0.2～0.3mm。所述導(dǎo)線孔的直徑為0.25～0.35mm。

14、進(jìn)一步，在加工過程中，所述限位繩拉結(jié)重刀齒機(jī)構(gòu)，使滑塊部任意時(shí)刻置入矩形導(dǎo)軌槽的深度不小于1.5mm。

15、進(jìn)一步，所述電鍍拋光層材料為金剛石。所述拋光層的磨料平均粒徑為10um。

16、本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的：在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，重齒頭在離心力作用下向外擠壓自適應(yīng)孔徑，對復(fù)合材料構(gòu)件鉆削或螺旋銑削孔的孔壁進(jìn)行被動(dòng)柔順精拋光加工，便于拋光工具在各個(gè)孔中進(jìn)出，解決了大型復(fù)合材料構(gòu)件不同深度、直徑的鉆削或螺旋銑削孔的高效的孔壁質(zhì)量提升精拋光加工的問題。同時(shí)，電鍍工作面磨損后易更換，僅簡單地更換重齒頭以獲得新的工作面，降低了使用成本。

技術(shù)特征：

1.一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，其特征在于，包括主桿機(jī)構(gòu)(1)、兩個(gè)重刀齒機(jī)構(gòu)(2)和兩個(gè)回復(fù)彈片(3)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，其特征在于：所述重齒頭(21)的材質(zhì)選用合金鋼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，其特征在于：所述回復(fù)彈片(3)選用一體化沖壓成型的彈簧鋼片。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，其特征在于：所述回復(fù)彈片(3)的厚度為0.5～1.5mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，其特征在于：所述限位繩(23)選用細(xì)蠟線。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，其特征在于：所述限位繩(23)的直徑為0.2～0.3mm；所述導(dǎo)線孔(131)的直徑為0.25～0.35mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，其特征在于：在加工過程中，所述限位繩(23)拉結(jié)重刀齒機(jī)構(gòu)(2)，使滑塊部(211)任意時(shí)刻置入矩形導(dǎo)軌槽(113)的深度不小于1.5mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具，其特征在于：所述電鍍拋光層材料為金剛石；所述拋光層的磨料平均粒徑為10um。

技術(shù)總結(jié)
發(fā)明提供一種自適應(yīng)孔徑被動(dòng)柔順全孔深孔壁拋光工具。該拋光工具包括主桿機(jī)構(gòu)、重刀齒機(jī)構(gòu)、回復(fù)彈片。電主軸夾持拋光工具旋轉(zhuǎn)時(shí)，拋光工具上的重齒頭在離心力作用下向外擠壓自適應(yīng)孔徑，對鉆削或螺旋銑削孔的孔壁進(jìn)行被動(dòng)柔順精拋光加工，利用回復(fù)彈片在停轉(zhuǎn)狀態(tài)使刀齒收合復(fù)位，便于拋光工具在各個(gè)孔中進(jìn)出，解決了大型復(fù)合材料構(gòu)件不同深度、直徑的鉆削或螺旋銑削孔的高效的孔壁質(zhì)量提升精拋光加工的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：周進(jìn),黃崇富,邱德貴,文旋豪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6