[發明專利]溫控磨粒流曲面湍流拋光裝置

無效

• 申請號: 201310635525.8
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103600301A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 張利;鄧犇;張瑞;金明生
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24C7/00
• 分類號: B24C7/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明涉及磨粒流拋光加工領域，特別是一種鈦合金人工關節湍流精密加工裝置。

背景技術

人工關節作為一種具有關節功能的植入器件已在醫學上得到廣泛利用，早期人工關節的金屬部件是采用不銹鋼制成的，隨著技術的進步，鈷合金材料因其具有較好耐腐蝕性、耐磨性和機械性能得到應用，近年來又發展了鈦及鈦合金材料，含鈦材料不但耐腐蝕、強度好，而且比重小，更易與人自體的骨長在一起，具有很好的生物相容性，是理想的人工關節材料。

人工關節表面的光整程度對其功能和使用壽命有著至關重要的影響，因此，經過成型后的鈦合金人工關節假體并不能直接適用于人體內部，還需要經過一系列的打磨和拋光等后續工藝處理，最終獲得高精度和高光潔度的表面，形成與人體骨頭配合良好的人工關節。

人工關節表面為不同曲率的復雜曲面，且鈦合金的導熱性和切削性能差，現有表面精密加工技術中，大部分方法難以適用。由于磨粒流可形成良好仿形接觸，因此在曲面和異型面加工中體現出優勢，現磨粒流形成了一些表面加工方法，如擠壓珩磨、磨粒水射流拋光等，這類方法需要對磨粒流施加強大的擠壓力或噴射動力，使工件表面受到磨粒的強力刮削或沖擊碰撞，雖加工效率高，但在磨粒強力作用下，不能獲得良好的表面粗糙度，且在表面會留下具有明顯方向性的加工痕跡，因此，它們只能用作表面的粗拋加工。專利申請號為201110041218.8的“鈦合金人工關節曲面湍流精密加工新方法及其專用裝置”提供了一種局部覆蓋約束式鈦合金人工關節湍流精密加工的新方法，通過與待加工的假體形狀相一致的配模，在人工關節假體外表面和配模內表面的流道內形成湍流，利用磨粒的微力微量切削的頻繁作用實現表面的逐步光整，此方法雖然可以實現更好的加工效果，但是由于磨粒流的黏度、溫度、流速等都對拋光效果產生極大的影響，加工精度難以獲得理想控制，拋光效果單一。

發明內容

針對鈦合金人工關節復雜曲面光整加工的難題，本發明提供一種拋光精度可控、拋光性能好、精度高的溫控磨粒流曲面湍流拋光裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

溫控磨粒流曲面湍流拋光裝置，包含約束構件、溫控磨粒流循環裝置，所述約束構件套裝在人工關節外，所述約束構件內表面與人工關節外表面間形成厚度均勻的仿形流道，所述約束構件上至少設有一組仿形流道出口和仿形流道入口。

所述溫控磨粒流循環裝置包括儲存攪拌機、泵、加熱器、連接管，所述泵通過連接管分別連接攪拌機和仿形流道入口，所述泵與仿形流道入口之間設有加熱器，所述儲存攪拌機通過連接管連通仿形流道出口。

進一步，所述泵為隔膜泵，所述連接管為保溫管。

????進一步，所述儲存攪拌機為溫控儲存攪拌機。

本發明中，研磨液在溫控儲存攪拌機中進行均勻混合，混合后的研磨液在泵的作用下進入仿形流道，入口前通過加熱器進行溫度控制再進行拋光，拋光完成后的研磨液從仿形流道出口流出，通過連接管回收到溫控儲存攪拌機內，構成循環拋光。

本發明的設計思路及優點表現在：1、研磨液的黏度大小會影響拋光效果，如強黏度磨粒流流經大曲率復雜表面時的強阻力會破壞人工關節表面形態，而湍流拋光的研磨液為符合牛頓公式的流體，其黏度只與溫度有關，本發明中，通過溫控磨粒流循環裝置可精確控制研磨液的溫度，從而調整研磨液的黏度來控制拋光的強度，可提高表面拋光的效率，優化拋光效果。2、通過人工關節曲面的仿形建立局部覆蓋曲面約束構件，構建磨粒流受控仿形流道，被加工曲面成為流道壁面的一部分，磨粒流可與復雜形狀的人工關節表面形成良好接觸，使研磨液進入湍流充分發展狀態，通過磨粒的無序運動來實現表面的微力微量切削，達到鏡面級表面粗糙度，拋光精度高。3、溫控磨粒流攪拌機可以對儲存在攪拌機中的磨粒流的溫度進行控制，將磨粒流冷卻至一個相當低的溫度，這樣磨粒流經過隔膜泵、保溫管到達加熱器，可以使得磨粒流的溫度形成一個梯度和循環，從而可以達到控制磨粒流粘度的目的，進一步達到對拋光效果的控制。4、通過泵可以控制研磨液的流速，實現對湍流狀態的有效調控，拋光性能好。5、研磨液可循環使用，減少污水排放實現清潔加工，并節約能源。

附圖說明

圖1是本發明的原理示意圖。

圖2是本發明的人工關節仿形流道剖面示意圖。

具體實施方式

結合圖1~2，溫控磨粒流曲面湍流拋光裝置，包含約束構件8、溫控磨粒流循環裝置，所述約束構件8套裝在人工關節7外，所述約束構件8內表面與人工關節7外表面間形成厚度均勻的仿形流道1，所述約束構件8上設有仿形流道出口9和仿形流道入口6。