[发明专利]一种柔性薄壁弯管内壁化学机械抛光装备与方法

说明书

本发明提供一种柔性薄壁弯管内壁化学机械抛光装备与方法，包括执行部和驱动箱。执行部包括万向节，精抛轮，粗抛轮和保持架，执行部用于伸入管道内壁进行抛光。驱动箱包括控制系统、主轴、主轴电机、抛光液输出系统和用于调节主轴行程的主轴电机移动装置，驱动箱用于提供抛光动力，存储和泵送化学机械抛光液，设置抛光参数。执行部通过万向节柔性连接，顺应弯管曲线，避免折弯处过抛。通过设置保持架确保抛光轴线与弯管轴线重合，确保抛光的均匀性和一致性，避免薄壁管破损。通过主轴电机和丝杠电机联动驱动粗抛轮和精抛轮在管道内旋转和往复运动以及结合化学机械抛光液的作用，大幅提高了抛光后管道内壁的质量。

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，尤其涉及一种柔性薄壁弯管内壁化学机械抛光装备与方法。

背景技术

3D打印增材制造薄壁弯管类零件具有形状可随意定制，壁厚薄，质量轻，刚度高的优点，广泛应用在航空航天领域。但是，3D打印增材制造生产的零件由于特殊的成型工艺表面质量较差，表面粗糙度通常在Ra 10μm左右，而航空航天领域所用薄壁弯管类零件需要表面粗糙度Ra≤0.8μm。现有的管道内壁抛光的方法主要有磨料流抛光，机械珩磨，手工抛光。磨料流抛光容易在出口、入口处出现“过抛”、“倒棱”，严重影响管道的形位精度，且磨料流抛光需要较大的压力，抛光薄壁管道容易变形和破裂。机械珩磨通常使用刚性工具伸入管道内抛光，对于长径比较大的管道刚性工具容易在管道内颤振，且不适用于弯管抛光。手工抛光，抛光后表面一致性较差、劳动强度大、效率低、质量不稳定，容易使操作者吸入粉尘造成职业病。且上述传统的以应力去除材料的抛光方式，抛光后残余损伤层厚，达不到化学机械抛光的水平。

化学机械抛光工艺流程可简单归结为化学机械抛光液与工件表面接触，其中的化学成份使工件表面形成薄膜软化层，随后薄膜软化层在磨料、抛光垫的机械作用下去除。在不断交替进行的化学成膜和机械去膜过程中实现表面平坦化。但是，化学机械抛光方法通常应用于平面零件的抛光，是目前可以达到全局平坦化的最有效的方法，在薄壁弯管类零件抛光方面难以实现。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种柔性薄壁弯管内壁化学机械抛光装备与方法，可以实现抛光后薄壁弯管类零件内壁表面粗糙度Ra≤0.8μm，解决了现有3D打印增材制造薄壁弯管类零件表面粗糙度高难以在航空航天领域应用的难题。本发明采用的技术手段如下：

一种柔性薄壁弯管内壁化学机械抛光装备，包括执行部和驱动箱，所述执行部包括组装在一起的万向节、精抛轮、粗抛轮和保持架，其中精抛轮、粗抛轮至少为一个，所述粗抛轮和精抛轮两侧均设有所述保持架，精抛轮、粗抛轮及保持架之间通过万向节连接，所述执行部用于伸入管道内壁进行抛光，通过所述万向节和保持架的共同作用保证执行部在弯管里的运行状态；所述的驱动箱包括控制系统、主轴、主轴电机、抛光液输出系统和用于调节主轴行程的主轴电机移动装置，所述驱动箱用于提供抛光动力、存储和泵送化学机械抛光液、设置抛光参数，所述主轴电机的输出端与主轴相连，所述主轴与执行部的输入端相连，所述主轴电机与主轴电机移动装置相连，通过主轴、主轴电机和主轴电机移动装置的共同作用调节执行部在管道内壁的抛光状态；所述抛光液输出系统用于向待抛光管道内部供给化学机械抛光液。

进一步地，所述驱动箱上设置有部件收纳位和整体收纳位，所述部件收纳位，用于分别单独收纳不同规格的万向节、精抛轮、粗抛轮、保持架，以便损耗后单独更换；所述整体收纳位，用于整体收纳组装后的万向节、精抛轮、粗抛轮、保持架形成的执行部，以便整体取用。

进一步地，所述保持架用于保证加工轴线与管道轴线重合，确保执行部在弯管里的运行状态，在折弯处不会卡顿，不会使抛光轮在折弯处偏心导致过抛。

进一步地，所述万向节用于连接精抛轮，粗抛轮和保持架，并将驱动箱提供的动力传输至精抛轮和粗抛轮，同时起到抛光轮在在折弯处过渡的作用。

进一步地，所述粗抛轮用于粗抛，快速降低粗糙度，提高抛光效率，粗抛轮包括麻布轮、羊毛轮、纤维轮、聚氨酯轮。