CN106965092B - 聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置 - Google Patents
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Abstract
一种聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是它包括：磨料射流发生系统，冷却筒，智能冷却系统和加工系统，所述的冷却筒包括冷却筒内罐（5）和冷却筒外罐（11），所述智能冷却系统包括一个高温温度探头（4）、自增压液氮罐（6）、控制器（7）和电磁阀（9），所述的加工系统包括六坐标工作台（16），聚合物工件（17）安装在六坐标工作台（16）上并与喷嘴（18）相对，喷嘴（18）喷出的低温磨料首先对聚合物工件进行快速冷却和快速去除。本发明结构简单，冷却效果好，体积小，能实现多角度任意形状的加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机材料加工技术，尤其是一种聚合物材料表面加工技术，具体地说是一种聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置。
背景技术
近年来，出现了一种新颖的微细加工技术，即用干燥的压缩空气来加速微小磨粒形成磨料射流，将射流喷射到工件表面对工件进行加工，称之为磨料射流加工技术。磨料射流加工技术成本较低，加工时可以得到很高的材料去除率，且材料去除率可控。磨料射流加工技术可用于加工玻璃、陶瓷和有色金属等。
陶瓷材料由于其自身的局限性，在某些场合并不适用。如陶瓷材料缺乏光学透明性，以及其有限的生物相容性因而在生物医学中的应用受限。基于此，人们开始用聚合物材料来替代陶瓷材料。但聚合物大多数为疏水材料，采用常规的磨料射流以及水射流技术进行加工时，材料去除率较低。经研究发现在低温下，对聚合物进行磨料射流加工，材料去除率较高。
目前在国外用到两种实验装置进行低温磨料射流加工，其中一种装置为磨料射流流经液氮罐实现冷却的目的，此装置对被加工材料的冷却效果较差，且实验装置所占空间过大。另一种装置为液氮射流和磨料射流以一定的入射角进行对射，形成含有液氮的磨料射流，此装置对磨料射流冷却效果较差，且液氮和磨料射流难以实现充分混合，同时由于两射流对射，易导致磨料射流偏离原轨迹。考虑到上述两种装置的缺点，急需一种智能可控温低温磨料射流加工装置，以便对磨料射流和工件进行冷却，在－80℃～－190℃温度范围内实现工件的射流加工。
发明内容
本发明的目的是针对聚合物材料难实现低温射流加工的问题，设计一种聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置。
本发明的技术方案是：
一种聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是它包括：
一磨料射流发生系统，所述磨料射流发生系统主要包括氮气瓶1、磨料仓2、气粉混合器19、磨料射流弯管10和磨料射流喷嘴18，磨料仓2中的磨料和氮气瓶1输出的氮气进入气粉混合器19混合后进入磨料射流弯管10进一步冷却至加工温度后从磨料射流喷嘴18喷出对聚合物工件17进行低温射流加工；
一冷却筒，所述的冷却筒包括冷却筒内罐5和冷却筒外罐11，冷却筒内罐5安装在冷却筒外罐11中并通过法兰盖28实现可拆卸连接，所述的冷却筒内罐5中安装有无底内筒29、冷却筒内罐5与无底内筒29采用焊接方式进行连接，无底内筒29的无底端与冷却筒内罐5底部安装的冷密封圈22相抵从而实现无底内筒29的密封；无底内筒29的有底一端连接有排气口20和磨料入口27，冷却筒内罐5与无底内筒29相抵的一端上安装有加液口23和磨料出口24；所述的冷却筒外罐11还设有外罐真空口25，冷却筒内罐5设有内罐真空口26以便对冷却筒外罐11及冷却筒内罐5进行抽真空提高保温性能；
一智能冷却系统，所述智能冷却系统包括一个高温温度探头4、自增压液氮罐6、控制器7和电磁阀9，高温温度探头4安装在排气口20上用于测量无底内筒29中的温度并与控制器7电气连接，控制器根据高温温度探头4控制电磁阀9的开启，电磁阀9安装在连接自增压液氮罐6与加液口23相连的管道上，以便根据测量温度对无底内筒加注液氮，使无底内筒中的温度满足低温加工要求；
一加工系统，所述的加工系统包括六坐标工作台16，聚合物工件17安装在六坐标工作台16上并与磨料射流喷嘴18相对，磨料射流喷嘴18喷出的低温磨料首先对聚合物工件进行快速冷却，由于聚合物工件的冷却速度大于材料的去除速度，因此，快速冷却后的聚合物工件被磨料快速去除，通过调整喷嘴射流角度和六坐标工作台16带动聚合物工件的移动实现对聚合物工件的加工。
所述的气粉混合器19的输出管通过第一快速接头3与磨料入口27实现可拆卸式相连；所述的加液口23通过第二快速接头13与电磁阀9的出口管道实现可拆卸式连接；所述的磨料出口24通过第三快速接头14与磨料射流喷嘴18的进料端实现可拆卸式连接。
在冷却筒内罐5和冷却筒外罐11的法兰连接面之间安装的热密封圈21。
在磨料射流出口处和被加工工件背部安装有热电偶，热电偶与温度信号处理显示系统15电气连接以便将热电偶采集到的信号实时显示出来。
在无底内筒29的无底部安装有低温温度探头12，以用测量磨料射流弯管10上方的温度，当测量温度不高于氮气沸点温度即表示磨料射流弯管10浸没在液氮中，低温温度探头12实时测量无底内筒中的温度并显示在温度显示器上。
通过改变所述的磨料射流弯管10的长度实现磨料射流温度的调节，射流管长度越大，则温度越低。
所述的聚合物工件17的加工温度为－80℃～－190℃。
所述的冷却筒内罐5也为无底结构，它的无底端与无底内筒29的无底端相连共同抵压在冷密封圈22上，冷却筒内罐5的内壁与无底内筒29的外壁之间抽真空后形成保温室。
所述的冷却筒外罐11为中空结构，通过外罐真空口25抽真空后形成真空保温层。
本发明的有益效果：
本发明可以实现对聚合物材料的加工。它能将低温磨料射流喷射到聚合物材料表面，先实现对聚合物材料的冷却，由于材料表面的冷却速率高于材料去除率，因而可以使聚合物在被加工之前可以冷却至目标温度。聚合物大多为疏水材料，在常温下难以进行磨料射流加工，但在低温下，对聚合物进行磨料射流加工，能实现较高的材料去除率。因而本低温磨料射流加工装置可以实现对聚合物材料的加工。
本发明结构简单，冷却效果好，体积小，能实现多角度任意形状的加工。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的冷却筒的结构示意图。
图中：1、氮气瓶；2、磨料仓；3、第一快速接头；4、高温温度探头；5、冷却筒内罐；6、自增压液氮罐；7、控制器；8、液氮压力表；9、电磁阀；10、磨料射流弯管；11、冷却筒外罐；12、低温温度探头；13、第二快速接头；14、第三快速接头；15、温度信号处理显示系统；16、六坐标工作台；17、工件；18、磨料射流喷嘴；19、气粉混合器；20、排气口；21、热密封圈；22、冷密封圈；23、加液口；24、磨料出口；25、外罐真空口；26、内罐真空口；27、磨料入口，28、法兰盘，29、无底内筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-2所示。
一种聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，如图1所示，它包括：
一磨料射流发生系统，所述磨料射流发生系统主要包括氮气瓶1、磨料仓2、气粉混合器19、磨料射流弯管10和磨料射流喷嘴18，磨料仓2中的磨料和氮气瓶1输出的氮气进入气粉混合器19混合后进入磨料射流弯管10进一步冷却至加工温度后从磨料射流喷嘴18喷出对聚合物工件17进行低温射流加工；实际加工时，聚合物工件17处的工作温度可低至－80℃～－190℃。通过改变磨料射流弯管10的长度可改变磨料射流喷嘴18出口处的温度，且长度越长，所得到的温度越低。本发明的磨料射流发生系统与冷却筒之间通过第一快速接头3可实现可拆卸式连接，同样，磨料射流喷嘴18的进口端通过第三快速接头14实现与冷却筒的活动连接，可根据加工对象的不同更换不同的冷却筒或磨料射流系统，实现不同目的的加工
一冷却筒，如图2所示，它包括冷却筒内罐5和冷却筒外罐11，所述的冷却筒外罐11为中空结构，通过外罐真空口25抽真空后形成真空保温层。冷却筒内罐5安装在冷却筒外罐11中并通过法兰盖28实现可拆卸连接，在冷却筒内罐5和冷却筒外罐11的法兰连接面之间安装的热密封圈21。所述的冷却筒内罐5中安装有无底内筒29，冷却筒内罐5与无底内筒29采用焊接方式进行连接，所述的冷却筒内罐5也为无底结构，它的无底端与无底内筒29的无底端相连并抵压在冷密封圈22上，冷却筒内罐5的内壁与无底内筒29的外壁之间抽真空后形成保温室。无底内筒29的有底一端连接有排气口20和磨料入口27，冷却筒内罐5与无底内筒29相抵的一端上安装有加液口23和磨料出口24；所述的冷却筒外罐11还设有外罐真空口25，冷却筒内罐5设有内罐真空口26以便对冷却筒外罐11及冷却筒内罐5进行抽真空提高保温性能；所述的加液口23通过第二快速接头13与电磁阀9的出口管道实现可拆卸式连接。在无底内筒29的无底部安装有低温温度探头12，以用测量磨料射流弯管10上方的温度，当测量温度不高于氮气沸点温度即表示磨料射流弯管10浸没在液氮中，低温温度探头12实时测量无底内筒中的温度并显示在温度显示器上。
一智能冷却系统，所述智能冷却系统包括一个高温温度探头4、自增压液氮罐6、控制器7和电磁阀9，高温温度探头4安装在排气口20上用于测量无底内筒29中的温度并与控制器7电气连接，控制器根据高温温度探头4控制电磁阀9的开启，电磁阀9安装在连接自增压液氮罐6与加液口23相连的管道上，以便根据测量温度对无底内筒加注液氮，使无底内筒中的温度满足低温加工要求；
一加工系统，所述的加工系统包括六坐标工作台16，聚合物工件17安装（如粘贴）在六坐标工作台16上并与磨料射流喷嘴18相对，磨料射流喷嘴18喷出的低温磨料首先对聚合物工件进行快速冷却，由于聚合物工件的冷却速度大于材料的去除速度，因此，快速冷却后的聚合物工件被磨料快速去除，通过调整喷嘴射流角度和六坐标工作台16带动聚合物工件的移动实现对聚合物工件的加工。在磨料射流出口处和被加工工件背部安装有热电偶，热电偶与温度信号处理显示系统15电气连接以便将热电偶采集到的信号实时显示出来。
本发明的工作过程如下：氧化铝、碳化硅、碳化硼等磨料在重力作用下从磨料仓2内落入气粉混合器19；氮气瓶1输出高压氮气进入气粉混合器19与磨料混合；在气粉混合器19内形成的磨料射流进入磨料射流弯管10；自增压液氮罐经电磁阀9和加液口23将液氮输入冷却筒内，在冷却筒内对磨料射流进行降温冷却；；高温温度探头4置于排气口20，测量排气口温度并反馈信息给控制器7用于控制电磁阀9开关，实现自动补液，电磁阀9的开启温度可根据产品工况通过多次实验获得；低温温度探头12置于磨料射流弯管10上方，当该点温度不高于氮气沸点温度即表示磨料射流弯管10浸没在液氮中；通过换装不同长度的磨料射流弯管10即可得到不同的磨料射流温度；由磨料射流喷嘴18喷出低温磨料射流至工件17表面进行加工，由六坐标工作台16可调整工件17和磨料射流的相对位置，磨料射流可以以各种入射角度对工件17的各个位置进行加工；温度信号处理显示系统15通过分析热电偶采集的信号实时显示磨料射流出口处温度和工件加工温度。
以上所述为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进应包含在本发明的保护之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及同等物界定。同时，尽管本文较多地使用了氮气瓶1，磨料仓2，第一快速接头3，高温温度探头4，冷却筒内罐5，自增压液氮罐6，控制器7，液氮压力表8，电磁阀9，磨料射流弯管10，冷却筒外罐11，低温温度探头12，第二快速接头13，第三快速接头14，温度信号处理显示系统15，六坐标工作台16，工件17，磨料射流喷嘴18，气粉混合器19，排气口20，热密封圈21，冷密封圈22，加液口23，出口24，外罐真空口25，内罐真空口26，磨料入口27等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是它包括：
一磨料射流发生系统，所述磨料射流发生系统主要包括氮气瓶（1）、磨料仓（2）、气粉混合器（19）、磨料射流弯管（10）和磨料射流喷嘴（18），磨料仓（2）中的磨料和氮气瓶（1）输出的氮气进入气粉混合器（19）混合后进入磨料射流弯管（10）进一步冷却至加工温度后从磨料射流喷嘴（18）喷出对聚合物工件（17）进行低温射流加工；
一冷却筒，所述的冷却筒包括冷却筒内罐（5）和冷却筒外罐（11），冷却筒内罐（5）安装在冷却筒外罐（11）中并通过法兰盖（28）实现可拆卸连接，所述的冷却筒内罐（5）中安装有无底内筒（29）、冷却筒内罐（5）与无底内筒（29）采用焊接方式进行连接，无底内筒（29）的无底端与冷却筒内罐（5）底部安装的冷密封圈（22）相抵从而实现无底内筒（29）的密封；无底内筒（29）的有底一端连接有排气口（20）和磨料入口（27），冷却筒内罐（5）与无底内筒（29）相抵的一端上安装有加液口（23）和磨料出口（24）；所述的冷却筒外罐（11）还设有外罐真空口（25），冷却筒内罐（5）设有内罐真空口（26）以便对冷却筒外罐（11）及冷却筒内罐（5）进行抽真空提高保温性能；
一智能冷却系统，所述智能冷却系统包括一个高温温度探头（4）、自增压液氮罐（6）、控制器（7）和电磁阀（9），高温温度探头（4）安装在排气口（20）上用于测量无底内筒（29）中的温度并与控制器（7）电气连接，控制器根据高温温度探头（4）控制电磁阀（9）的开启，电磁阀（9）安装在连接自增压液氮罐（6）与加液口（23）相连的管道上，以便根据测量温度对无底内筒加注液氮，使无底内筒中的温度满足低温加工要求；
一加工系统，所述的加工系统包括六坐标工作台（16），聚合物工件（17）安装在六坐标工作台（16）上并与磨料射流喷嘴（18）相对，磨料射流喷嘴（18）喷出的低温磨料首先对聚合物工件进行快速冷却，由于聚合物工件的冷却速度大于材料的去除速度，因此，快速冷却后的聚合物工件被磨料快速去除，通过调整喷嘴射流角度和六坐标工作台（16）带动聚合物工件的移动实现对聚合物工件的加工。
2.根据权利要求1所述的聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是所述的气粉混合器（19）的输出管通过第一快速接头（3）与磨料入口（27）实现可拆卸式相连；所述的加液口（23）通过第二快速接头（13）与电磁阀（9）的出口管道实现可拆卸式连接；所述的磨料出口（24）通过第三快速接头（14）与磨料射流喷嘴（18）的进料端实现可拆卸式连接。
3.根据权利要求1所述的聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是在冷却筒内罐（5）和冷却筒外罐（11）的法兰连接面之间安装的热密封圈（21）。
4.根据权利要求1所述的聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是在磨料射流出口处和被加工工件背部安装有热电偶，热电偶与温度信号处理显示系统（15）电气连接以便将热电偶采集到的信号实时显示出来。
5.根据权利要求1所述的聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是在无底内筒（29）的无底部安装有低温温度探头（12），以用测量磨料射流弯管（10）上方的温度，当测量温度不高于氮气沸点温度即表示磨料射流弯管（10）浸没在液氮中，低温温度探头（12）实时测量无底内筒中的温度并显示在温度显示器上。
6.根据权利要求1所述的聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是通过改变所述的磨料射流弯管（10）的长度实现磨料射流温度的调节，射流管长度越大，则温度越低。
7.根据权利要求1所述的聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是所述的聚合物工件（17）的加工温度为－80℃～－190℃。
8.根据权利要求1所述的聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是所述的冷却筒内罐（5）也为无底结构，它的无底端与无底内筒（29）的无底端相连共同抵压在冷密封圈（22）上，冷却筒内罐（5）的内壁与无底内筒（29）的外壁之间抽真空后形成保温室。
9.根据权利要求1所述的聚合物用智能可控温低温磨料射流加工装置，其特征是所述的冷却筒外罐（11）为中空结构，通过外罐真空口（25）抽真空后形成真空保温层。
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