[發(fā)明專利]電渦流加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310635534.7
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103612164A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張利;鄧犇;張瑞;金明生
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磨粒流拋光加工領(lǐng)域，特別是一種鈦合金人工關(guān)節(jié)湍流精密加工裝置。

背景技術(shù)

????人工關(guān)節(jié)表面的光整程度對其功能和使用壽命有著至關(guān)重要的影響，因此，經(jīng)過成型后的鈦合金人工關(guān)節(jié)假體并不能直接適用于人體內(nèi)部，還需要經(jīng)過一系列的打磨和拋光等后續(xù)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(guān)節(jié)。

人工關(guān)節(jié)表面為不同曲率的復(fù)雜曲面，且鈦合金的導(dǎo)熱性和切削性能差，現(xiàn)有表面精密加工技術(shù)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(xiàn)出優(yōu)勢，現(xiàn)磨粒流形成了一些表面加工方法，如利用高壓高速磨粒流噴射工件表面，借助磨粒高速碰撞的剪切作用實(shí)現(xiàn)精密加工；這種方法以沖蝕磨損理論為基礎(chǔ)，容易使工件表面受到磨粒的強(qiáng)力刮削而產(chǎn)生彈性變形或塑性壓痕，不能滿足人工關(guān)節(jié)表面加工要求，專利申請?zhí)枮?01110041218.8的“鈦合金人工關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)假體外表面和配模內(nèi)表面的流道內(nèi)形成湍流，利用磨粒的微力微量切削的頻繁作用實(shí)現(xiàn)表面的逐步光整，但是人工關(guān)節(jié)表面為復(fù)雜曲面，磨粒流流經(jīng)人工關(guān)節(jié)表面拐點(diǎn)和奇點(diǎn)的突變點(diǎn)處時(shí)容易受阻，且越靠近曲面的地方，磨粒流的粘性阻尼減少了切向速度脈動，同時(shí)復(fù)雜曲面阻止了法向速度脈動，離開曲面稍微遠(yuǎn)點(diǎn)的區(qū)域，由于磨粒流平均速度梯度的增加，磨粒流的湍流動能迅速產(chǎn)生變大，使得拋光不均勻，難以達(dá)到理想的拋光效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對鈦合金人工關(guān)節(jié)復(fù)雜曲面光整加工的難題，本發(fā)明提供一種拋光性能好、精度高的電渦流加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

電渦流加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，包含約束構(gòu)件、電渦流加熱器、紅外測溫儀、控制柜；所述約束構(gòu)件套裝在人工關(guān)節(jié)外，所述約束構(gòu)件內(nèi)表面與人工關(guān)節(jié)外表面間形成厚度均勻的仿形流道，所述約束構(gòu)件為壁厚相同熱敏金屬復(fù)合材料，所述約束構(gòu)件上至少設(shè)有一組仿形流道出口和仿形流道入口。

所述紅外測溫儀安裝在電渦流加熱器上，所述電渦流加熱器可空間移動，所述紅外測溫儀和電渦流加熱器通過電線連接控制柜，所述電渦流加熱器可對約束構(gòu)件外表面任意位置進(jìn)行加熱。

優(yōu)選的，電渦流加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置還設(shè)置有機(jī)械手、攪拌存儲器、隔膜泵；所述機(jī)械手連接電渦流加熱器，所述隔膜泵分別連接仿形流道人口和攪拌存儲器的出口，所述仿形流道出口通過管道連接攪拌存儲器的入口。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路及優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：1、通過人工關(guān)節(jié)曲面的仿形建立局部覆蓋曲面約束構(gòu)件，構(gòu)建厚度均勻的磨粒流受控仿形流道，被加工曲面成為流道壁面的一部分，使研磨液進(jìn)入湍流充分發(fā)展?fàn)顟B(tài)，通過磨粒的無序運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)表面的微力微量切削，達(dá)到鏡面級表面粗糙度，拋光精度高。2、仿形流道的縫隙越窄，湍流效果越好，加工效果越明顯，而人工關(guān)節(jié)表面為復(fù)雜曲面，磨粒流在曲面拐點(diǎn)或奇點(diǎn)處受到阻力易造成拋光不均勻的情況，因此，本發(fā)明的約束構(gòu)件為壁厚相同熱敏金屬復(fù)合材料，約束構(gòu)件某一局部通過電渦流加熱器加熱后會產(chǎn)生形變，從而改變約束構(gòu)件被加熱處流道縫隙的大小，控制局部的加工強(qiáng)度，從而可優(yōu)化拋光效果。3、通過機(jī)械臂，電渦流加熱器可以任意移動到約束構(gòu)件任意位置，紅外測溫儀可檢測約束構(gòu)件表面對應(yīng)位置的溫度值，將數(shù)據(jù)傳輸給控制柜，實(shí)現(xiàn)邊檢測邊控制溫度，精度高，實(shí)時(shí)性好。4、仿形流道出口通過管道連接攪拌存儲器，研磨液可循環(huán)使用，減少污水排放實(shí)現(xiàn)清潔加工，并節(jié)約能源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體示意圖。

圖2是本發(fā)明的俯視圖。

圖3是本發(fā)明的人工關(guān)節(jié)仿形流道剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1~3，電渦流加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，包含約束構(gòu)件1、電渦流加熱器2、紅外測溫儀4、機(jī)械手3、控制柜5、攪拌存儲器6、隔膜泵7。

約束構(gòu)件1套裝在人工關(guān)節(jié)9外，約束構(gòu)件1內(nèi)表面與人工關(guān)節(jié)9外表面間形成厚度均勻的仿形流道10，約束構(gòu)件1為壁厚相同熱敏金屬復(fù)合材料，約束構(gòu)件1兩端設(shè)有仿形流道出口12和仿形流道入口11，仿形流道出口12和仿形流道入口11與仿形流道10相通。

???紅外測溫儀4安裝在電渦流加熱器上2，?機(jī)械手3連接電渦流加熱器2，電渦流加熱器3可空間移動，電渦流加熱器2可對約束構(gòu)件1外表面任意位置進(jìn)行加熱。

???紅外測溫儀4和電渦流加熱器2通過電線連接控制柜5。

???隔膜泵7分別連接仿形流道人口11和攪拌存儲器6的出口，仿形流道出口12通過管道8連接攪拌存儲器6的入口。