一种疲劳试样的纵向抛光装置及纵向抛光方法

技术领域

本发明涉及试样加工技术领域，尤其涉及一种疲劳试样的纵向抛光装置及纵向抛光方法。

背景技术

随着现代制造业及航天航空事业的发展，对关键零部件的可靠性和使用寿命的要求日益苛刻。材料试样加工质量的好坏是材料测试中十分关键的环节，而航天航空材料对疲劳试样加工的要求更高。

目前，对于实验的标准棒型试样来说，在制作棒材时，需要使用线切割和机床精密加工来制作棒材。为了获得棒材的精度和表面粗糙度，则需要利用由粗到细的砂纸沿棒材的周向对圆周面进行抛光加工，从而降低其表面粗糙度，最终获得表面光亮、平整，且具有良好机械性能的标准棒材试样。但现有的磨削加工技术在加工试样时效率十分低下，且当关键零部件采用难加工材料为基础制作时，无法利用砂纸进行磨削。

发明内容

本发明的目的在于提供一种疲劳试样的纵向抛光装置及纵向抛光方法，用于解决现有的磨削加工技术效率较低，且当关键零部件采用难加工材料为基础制作时，无法利用砂纸进行磨削的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种疲劳试样的纵向抛光装置，所述纵向抛光装置包括：振动研磨机构以及多个导向结构，其中：

每个导向结构沿自身轴向开设有第一通孔，待抛光试样位于第一通孔内，其中，待抛光试样的纵向与导向结构的轴向平行；

振动研磨机构具有能够容纳多个导向结构的研磨腔，研磨腔的底部具有用于固定多个导向结构的承载面，承载面平行于所述导向结构的轴线；

振动研磨机构与外部振动电机连接，振动电机用于驱动振动研磨机构产生振动；

振动研磨机构用于在产生振动后，将填充于研磨腔内的研磨剂导入每个第一通孔内，研磨剂穿过第一通孔，沿待抛光试样的纵向对待抛光试样进行抛光处理，直至抛光处理后的抛光试样的尺寸参数与预设参数一致。

与现有技术相比，本发明提供的疲劳试样的纵向抛光装置中，待抛光试样固定在导向结构的第一通孔内，且待抛光试样的纵向与导向结构的轴向平行，多个导向结构分别固定在振动研磨机构的研磨腔底部的承载面上，且每个导向结构的轴线均与承载面平行。基于此，当振动研磨机构在外部振动电机的驱动下产生振动时，填充在研磨腔内的研磨剂会在激振力的作用下，被导入每个第一通孔内，并沿导向结构的轴向运动，以沿待抛光试样的纵向对待抛光试样进行抛光处理，当确定抛光处理后的抛光试样的尺寸参数与预设参数一致时，即完成本次抛光处理。由此可知，相较于现有技术中利用砂纸进行打磨，本申请提供的纵向抛光装置可以仅通过振动电机的驱动，利用产生的激振力驱使研磨剂沿导向结构的轴向运动，从而实现对多个待抛光试样的抛光处理，无需砂纸打磨，就可以保证抛光试样的精度和表面粗糙度，在一定程度上提高了工作效率。

此外，驱使研磨剂沿导向结构的轴向运动的推力为振动研磨机构产生的激振力，外部振动电机的马达功率增加时，激振力也会随之增加，同时加剧研磨剂的运动，增加研磨剂与待抛光试样之间的摩擦力，进而实现对于采用难加工材料制作的关键零部件的抛光处理。

第二方面，本发明还提供一种疲劳试样的纵向抛光方法，应用于上述第一方面技术方案所述的疲劳试样的纵向抛光装置，所述纵向抛光方法，包括：

在所述振动研磨机构产生振动后，将填充于研磨腔内的研磨剂导入每个第一通孔内，研磨剂穿过第一通孔，沿待抛光试样的纵向对待抛光试样进行抛光处理，直至抛光处理后的抛光试样的尺寸参数与预设参数一致。

与现有技术相比，本发明提供的疲劳试样的纵向抛光方法有益效果与上述技术方案所述的疲劳试样的纵向抛光装置的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的疲劳试样的纵向抛光装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的导向结构的结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的导向结构的剖视图；

图4为本发明实施例中提供的待抛光试样和保护套的结构示意图。

附图标记：

1-振动研磨机构， 2-导向结构，

3-固定件， 4-待抛光试样，

41-待抛光部，5-研磨剂，

6-保护套， 21-第一内壁单元，

22-第二内壁单元，23-第三内壁单元。

实施方式

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项（个）”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

如图1所示，本发明实施例提供一种疲劳试样的纵向抛光装置，所述纵向抛光装置包括：振动研磨机构1以及多个导向结构2，其中：

每个导向结构2沿自身轴向开设有第一通孔，待抛光试样4位于第一通孔内，其中，待抛光试样4的纵向与导向结构2的轴向平行；

振动研磨机构1具有能够容纳多个导向结构2的研磨腔，研磨腔的底部具有用于固定多个导向结构2的承载面，承载面平行于所述导向结构2的轴线；

振动研磨机构1与外部振动电机连接，振动电机用于驱动振动研磨机构1产生振动；

振动研磨机构1用于在产生振动后，将填充于研磨腔内的研磨剂5导入每个第一通孔内，研磨剂5穿过第一通孔，沿待抛光试样4的纵向对待抛光试样4进行抛光处理，直至抛光处理后的抛光试样的尺寸参数与预设参数一致。

具体实施时：将待抛光试样4固定在导向结构2的第一通孔内，每个第一通孔可以容纳一个待抛光试样4。之后，将装有待抛光试样4的导向结构2固定在研磨腔的承载面上，导向结构2的轴线与承载面平行。最后，将研磨剂5放入研磨腔内，通过外部振动电机驱动振动研磨机构1发生振动，研磨剂5在振动中被导入第一通孔内，通过研磨剂5与待抛光试样4之间的摩擦力，对待抛光试样4进行抛光处理，当确定抛光试样的尺寸参数符合预设参数时，停止抛光，取出抛光试样，即可完成本次抛光处理。

在本申请中，上述待抛光试样4的材质可以是高温合金，例如钛合金、铝合金或者铜合金等，能够在高温环境以及一定应力作用下长期工作，具有良好的疲劳性能，从而在航空航天领域，满足对关键零部件的疲劳性能和可靠性的要求，本申请实施例对待抛光试样的具体材质不作限定，可以根据实际应用场景做调整。

通过上述纵向抛光装置的结构以及具体实施过程可知：待抛光试样4固定在导向结构2的第一通孔内，且待抛光试样4的纵向与导向结构2的轴向平行，多个导向结构2分别固定在振动研磨机构1的研磨腔底部的承载面上，且每个导向结构2的轴线均与承载面平行。基于此，当振动研磨机构1在外部振动电机的驱动下产生振动时，填充在研磨腔内的研磨剂5会在激振力的作用下，被导入每个第一通孔内，并沿导向结构2的轴向运动，以沿待抛光试样4的纵向对待抛光试样4进行抛光处理，当确定抛光处理后的抛光试样的尺寸参数与预设参数一致时，即完成本次抛光处理。由此可知，相较于现有技术中利用砂纸进行打磨，本申请提供的纵向抛光装置可以仅通过振动电机的驱动，利用产生的激振力驱使研磨剂5沿导向结构2的轴向运动，从而实现对多个待抛光试样4的抛光处理，无需砂纸打磨，就可以保证抛光试样的精度和表面粗糙度，在一定程度上提高了工作效率。

此外，驱使研磨剂5沿导向结构2的轴向运动的推力为振动研磨机构1产生的激振力，外部振动电机的马达功率增加时，激振力也会随之增加，同时加剧研磨剂5的运动，增加研磨剂5与待抛光试样4之间的摩擦力，进而实现对于采用难加工材料制作的关键零部件的抛光处理。

在实际中，导向结构2的数量可以根据实际情况设置，设置三个或者以上个数的导向结构2。例如，承载面上固定有3个导向结构2，那么在固定在导向结构2内的待抛光试样4也可以为3个，即可以同时对3个待抛光试样4进行抛光。或者，设置承载面上固定有10个导向结构2，那么在固定在导向结构2内的待抛光试样4也可以为10个，即可以同时对10个待抛光试样4进行抛光。基于此，本发明实施例提供的纵向抛光装置可以通过一次振动研磨大量的待抛光试样4，极大地提高了工作效率。

可以理解的是，上述实施例中的承载面应该为水平面，从而使得固定在承载面上的导向结构2的轴线及其延长线与水平面之间不存在夹角，使得当研磨剂5处于研磨腔内时，不会朝向任意一个方向倾斜，更便于研磨剂5进入第一通孔内，对待抛光试样4进行抛光处理。

示例性的，振动研磨机构1可以安装在外部振动电机上，振动研磨机构1在振动电机的作用下产生振动。振动电机中的振动马达在启动后会产生强大的激振力，从而带动振动研磨机构1中的研磨剂5产生三个方向的运动，即上下振动、由里向外的翻转以及螺旋式的顺时针旋转。通过导向结构2引导研磨剂5只能沿着导向结构2的轴向运动，从而对待抛光试样4进行抛光处理。

在一种可能的实现方式中，研磨剂5包括第一研磨剂和第二研磨剂。振动研磨机构1用于在产生振动后，将填充于研磨腔内的第一研磨剂导入每个第一通孔内，第一研磨剂穿过第一通孔对待抛光试样4进行第一抛光处理，得到粗磨疲劳试样；

振动研磨机构1还用于在产生振动后，将填充于研磨腔内的第二研磨剂导入每个第一通孔内，第二研磨剂穿过第一通孔对粗磨疲劳试样进行第二抛光处理，得到与预设参数一致的目标疲劳试样。

具体的，第一研磨剂可以包括目数大于或者等于60目，且小于或者等于200目的金刚砂；第二研磨剂可以包括目数大于或者等于600目，且小于或者等于1000目的金刚砂。

在具体实施时，需要首先将第一研磨剂倒入研磨腔内，对外部振动电机通电，以使振动研磨机构1产生振动，从而利用激振力将第一研磨剂导入每个第一通孔内，也就是利用激振力将目数为60目~200目的金刚砂导入每个第一通孔内，60目~200目的金刚砂在第一通孔内沿着第一通孔的开口方向往复运动，从而对待抛光试样4进行抛光处理，获得达到粗磨要求的粗磨疲劳试样。之后将第一研磨剂从研磨腔内放出，重新加入第二研磨剂，即目数为600目~1000目的金刚砂，600目~1000目的金刚砂在第一通孔内沿着第一通孔的开口方向往复运动，从而对粗磨疲劳试样进行抛光处理，最终获得与预设参数一致的目标疲劳试样。

基于此，本发明实施例利用目数不同的金刚砂依次对待抛光试样4进行抛光处理，替代了现有技术中的砂纸打磨，极大地提高了加工效率。此外，由于金刚砂可以清洗并去除杂质后循环利用，在一定程度上还能够节约加工成本。

在一种可能的实现方式中，研磨腔的内壁设置有防护层，防护层与研磨腔的内壁紧贴。示例性的，研磨腔的内壁的防护层可以为橡胶或者高耐磨PU聚氨脂弹性体，从而对研磨腔的内壁进行防护，以避免研磨剂5对研磨腔的内壁造成破坏。

在一种可能的实现方式中，如图2至图4所示，纵向抛光装置还包括多个保护套6，每个保护套6的第一端与待抛光试样4的端部螺纹连接；每个保护套6的第二端与第一通孔的内壁卡接，对待抛光试样4进行限位。

在实际中，当保护套6的第一端与待抛光试样4端部螺纹连接时，不仅可以保护待抛光试样4的两端的加工螺纹，保护螺纹不会在研磨剂5的运动下被磨损，还能够将待抛光试样4的待抛光部41完全裸露出来，以便于研磨剂5对待抛光部41进行抛光处理。同时，保护套6的第二端还与第一通孔的内壁卡接，从而使得待抛光试样4可以通过保护套6被固定在第一通孔内，以避免待抛光试样4在第一通孔内产生移位，不会对研磨剂5的纵向流动造成影响，从而避免研磨剂5的抛光方向不准，会对待抛光试样4造成破坏，提高了抛光处理的安全性和可靠性。

在一些实施例中，如图2所示，保护套6的第二端与第一通孔的内壁之间具有多个第二通孔，研磨剂5通过多个第二通孔导入第一通孔。也即当振动研磨机构1产生振动时，研磨剂5可以通过第二通孔进入第一通孔。如此设置，在保护套6与待抛光试样4的端部螺纹连接时，不仅能够保护待抛光试样4端部的螺纹不被破坏，还不会对研磨剂5的流动造成影响。

在一些实施例中，如图2和图3所示，第一通孔的内壁具有相互导通的第一内壁单元21、第二内壁单元22和第三内壁单元23，第一内壁单元21靠近第一通孔的第一开口，第三内壁单元23靠近第一通孔的第二开口；第一内壁单元21和第三内壁单元23的内径均大于第二内壁单元22的内径，对保护套6进行限位。

在实际中，第一通孔更靠近两个开口的端部的内径较大，与两个端部相连的中间段的内径稍小，也即第一通孔内有向内凸出的凸台，保护套6可以卡接在凸台上，避免保护套6在第一通孔内产生滑动，从而将待抛光试样4固定在第一通孔内。

应注意，第二内壁单元22的纵向长度应该与待抛光试样4的纵向长度相匹配，以避免待抛光试样4的待抛光部41伸入第一内壁单元21和第三内壁单元23。

如图2和图3所示，在一种可能的实现方式中，纵向抛光装置还包括多个固定件3，其中：多个固定件3一一对应套设在多个导向结构2的外周，与承载面固定连接，用于将对应的多个导向结构2固定在承载面上。

在实际中，当上述导向结构2为导向管时，每个导向管沿自身的轴向开设有贯穿的第一通孔，以容纳待抛光试样4。固定件3应该为与导向管的外周相匹配的卡环，套设在导向管的外周，并与承载面固定连接，以将导向管固定在承载面上。

示例性的，每个导向结构2的外周可以设置如图2和图3所示的两个固定件3，也可以设置其他个数的固定件3，需要根据导向结构2的尺寸以确定固定件3的数量，当导向结构2的轴向比较长时，可以设置3个固定件3，以分别对导向结构2的两端和中间段进行固定。

当导向结构2的外周为其他形状时，固定件3的形状应该与导向结构2的外周相匹配，本发明实施例对此不做具体限定。

本发明实施例还提供一种疲劳试样的纵向抛光方法，应用于上述实施例中的纵向抛光装置，所述纵向抛光方法包括：

在振动研磨机构1产生振动后，将填充于研磨腔内的研磨剂5导入每个第一通孔内，研磨剂5穿过第一通孔，沿待抛光试样4的纵向对待抛光试样4进行抛光处理，直至抛光处理后的抛光试样的尺寸参数与预设参数一致。

与现有技术相比，本发明实施例提供的疲劳试样的纵向抛光方法有益效果与上述实施例所述的疲劳试样的纵向抛光装置的有益效果相同，此处不做赘述。

在一种可能的实现方式中，研磨剂5包括第一研磨剂和第二研磨剂，将填充于研磨腔内的研磨剂5导入每个第一通孔内，研磨剂5穿过第一通孔，沿待抛光试样4的纵向对待抛光试样4进行抛光处理，直至抛光处理后的抛光试样的尺寸参数与预设参数一致，包括：

将填充于研磨腔内的第一研磨剂导入每个第一通孔内，第一研磨剂穿过第一通孔对待抛光试样4进行第一抛光处理，得到粗磨疲劳试样；

振动研磨机构1还用于在产生振动后，将填充于研磨腔内的第二研磨剂导入每个第一通孔内，第二研磨剂穿过第一通孔对粗磨疲劳试样进行第二抛光处理，得到与预设参数一致的目标疲劳试样。

具体的，第一研磨剂可以为目数为60目~200目的金刚砂，第二研磨剂可以为目数为600目~1000目的金刚砂。

具体实施时，需要首先将第一研磨剂倒入研磨腔内，对外部振动电机通电，以使振动研磨机构1产生振动，从而利用激振力将60目~200目的金刚砂导入每个第一通孔内，60目~200目的金刚砂在第一通孔内沿着第一通孔的开口方向往复运动，对待抛光试样4进行抛光处理，获得达到粗磨要求的粗磨疲劳试样。

之后将60目~200目的金刚砂从研磨腔内放出，重新加入600目~1000目的金刚砂，600目~1000目的金刚砂在第一通孔内沿着第一通孔的开口方向往复运动，从而对粗磨疲劳试样进行抛光处理，最终获得与预设参数一致的目标疲劳试样。

基于此，本发明实施例利用目数不同的金刚砂依次对待抛光试样4进行抛光处理，替代了现有技术中的砂纸打磨，极大地提高了加工效率。此外，由于金刚砂可以清洗并去除杂质后循环利用，在一定程度上还能够节约加工成本。

下面将结合图1，详细说明本发明实施例在对待抛光试样4进行抛光时，具体的操作过程。

第一步进行开机前检查。检查振动电机的电源、开关、接线以及接地线是否正常，在启动振动电机后，检查有无异常声音，并对振动电机加注高温润滑脂，并紧固振动电机的螺丝。

第二步加入第一研磨剂。在振动研磨机构1的研磨腔内中放入60目～200目的金刚砂，60目~200目的金刚砂重约10kg～30kg，加入适量的水，在每个导向结构2内分别放入并固定待抛光试样4。启动振动电机，在研磨腔内加入研磨液，例如TY-2或高效清洗剂，研磨液的加入量约为100g~300g，查看研磨腔内是否产生泡沫，以产生大量泡沫为宜。

应该注意的是，金刚砂在初次使用时应该先对金刚砂进行清洗。即使用大量的高效清洗剂和水在振动研磨机内振动研磨，以去除金刚砂表面的杂质。在实际中，一般需要对金刚砂清洗2到3次。

第三步粗磨处理。在抛光处理的过程中，可以随时检查待抛光试样4的加工情况，并经常更换研磨腔内的水，保证水质和泡沫处于清洁状态。并随时添加一些研磨液。具体的粗磨时间可以根据待抛光试样4的具体情况确定，例如，根据待抛光试样4的材料以及要求的粗糙度，设定粗磨时间为20分钟~60分钟。在粗磨达到要求后，打开出水阀门用大量清水边振动研磨边清洗研磨腔，之后取出粗磨疲劳试样并关闭振动电机。

第四步加入第二研磨剂。打开出料口放出60目~200目的金刚砂，加入600目~1000目的金刚砂。放入粗磨好的粗磨疲劳试样，再次加入100g~300g左右的光亮剂和适量的水（以产生大量泡沫为准），抛光研磨过程中应保持水质和泡沫处于清洁状态。当泡沫变黑时，可以添加高效清洗剂和水进行清洗，再添加少量光亮剂。具体的抛光处理时间可以根据待抛光试样4的具体情况确定，例如，根据待抛光试样4的材料以及要求的粗糙度，设定振动研磨的时间为20分钟~60分钟。

第五步取出目标疲劳试样。在对粗磨疲劳试样的表面抛光达到所要求的预设参数后，取出目标疲劳试样，冲洗干净并烘干即可。

应注意，若目标疲劳试样的材质为碳钢等易生锈的材质时，还需对烘干后的目标疲劳试样进行防锈处理，本发明实施例对此不做具体限定。

采用上述技术方案的情况下，通过导向结构2引导研磨混合物产生一个方向（即导向管的轴向）的运动，并在待抛光试样4两端的螺纹位置均设有保护套6，通过保护套6将待抛光试样4的待抛光部41裸露在第一通孔的第二内壁单元22处，并通过两个固定件3将导向结构2固定在研磨腔的承载面上，从而实现对于待抛光试样4的纵向抛光。本申请提供的疲劳试样的纵向抛光装置及疲劳试样的纵向抛光方法，在抛光效率、安全性以及抛光质量等方面与传统的磨削方式相比均有提升。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。