CN109676538B - 一种低温微磨料气射流加工机床 - Google Patents
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Abstract
一种低温微磨料气射流加工机床，其特征是它包括：微磨料气射流发生部分、冷却部分、加工部分、磨料回收部分以及控制器部分；所述的微磨料气射流发生部分主要包括：空气压缩机（1）、空气干燥机（2）、储气罐（3）和喷砂机（14），空气压缩机（1）的出气口与空气干燥机（2）的空气入口相连，空气干燥机（2）的空气出口与储气罐（3）的进气端相连，储气罐（3）的出气端与喷砂机（14）相连。本发明结构简单，适用于加工高分子材料等弹塑性材料，加工效率高，解决了低温加工时空气中的水汽液化结冰堵塞射流喷嘴（10）的问题和磨料不易回收造成污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种磨料气射流加工设备，尤其是一种低温磨料气射流加工设备，具体地说是一种低温微磨料气射流加工机床。
背景技术
磨料气射流加工是在传统喷砂加工工艺基础上发展起来的一种新型微细加工技术。磨料气射流加工特别适合于对高硬度金属材料和高脆性非金属材料的局部加工，如对硅、锗、玻璃、陶瓷和石英等材料上的窄槽等结构形状的局部加工。
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，人们开始用高分子聚合物材料来替代陶瓷材料。
在常温下使用磨料气射流对高分子聚合物材料进行加工，由于高分子聚合物材料多为弹塑性，会发生磨料嵌入，致使加工效率极低。经研究发现，在低温下对高分子聚合物材料进行磨料气射流加工，磨料嵌入相比于常温下显著降低，加工效率极大地提高。基于此，设计了一种低温微磨料气射流加工机床。
发明内容
本发明的目的是针对现有开放式设备在低温加工时空气中的水汽液化结冰堵塞射流喷嘴10以及磨料不易回收造成污染等问题，设计一种具有防湿功能的、可进行磨料回收的、适用于加工高分子材料等弹塑性材料的低温微磨料气射流加工机床。
本发明的技术方案是：
一种低温微磨料气射流加工机床，其特征是它包括：
一微磨料气射流发生部分：所述的磨料气射流发生部分主要包括空气压缩机1、空气干燥机2、储气罐3和喷砂机14，空气压缩机1的出气口与空气干燥机2的空气入口相连，空气干燥机2的空气出口与储气罐3的进气端相连，储气罐3的出气端与喷砂机14相连，空气压缩机1产生的压缩空气流经空气干燥机2和储气罐3，在喷砂机14中与磨料混合，产生压力稳定、干燥的微磨料气射流；
一冷却部分：所述的冷却部分主要包括自增压液氮罐7、液氮安全阀12和换热器13，液氮安全阀12的一端与自增压液氮罐7相连，另一端与换热器13的一端相连，换热器13的另一端与喷砂机14相连，自增压液氮罐7中的液氮通过液氮安全阀12流入换热器13，从喷砂机14流出的微磨料气射流从另一个方向流入换热器13，与液氮形成对流，使微磨料气射流冷却均匀；
一加工部分：所述的加工部分主要包括四维移动平台8、加工腔室9和射流喷嘴10，四维移动平台8和射流喷嘴10在加工腔室9中，工件固定在四维移动平台8的工作台上，射流喷嘴10与换热器13相连，空气干燥机2向加工腔室9内提供干燥空气，从射流喷嘴10中射出的低温微磨料气射流可以对固定在四维移动平台8的工作台上的工件进行高效加工；
一磨料回收部分：所述的磨料回收部分主要包括吸尘器4和漏斗5，吸尘器4与漏斗5相连，漏斗5固定在加工腔室9的下部，加工腔室9中产生的磨料落入漏斗5中，再由吸尘器4将漏斗5中收集的磨料抽走；
一控制器部分：所述的控制器部分主要包括控制面板6、湿度传感器11和液氮液位监测仪15，控制面板6实现对四维移动平台8的控制，湿度传感器11实现对加工腔室9中的湿度监测，若湿度高于设定值，则通过控制空气干燥机2向加工腔室9中补充干燥空气，液氮液位监测仪15与液氮安全阀12和换热器13相连接，可实时显示微磨料气射流出口的温度并根据换热器13中液氮液位的情况控制液氮安全阀12进行液氮补充。
所述的储气罐3用于使射出的低温微磨料气射流保持一个稳定的压力。
所述的四维移动平台8可带动工件实现沿X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动和绕Z轴方向的转动，这样可以改变加工距离与加工角度。
所述的加工腔室9具有防湿功能，而且空气干燥机2能直接向其中通入干燥空气，可有效防止加工过程中磨料飞溅对环境产生污染且便于磨料漏入漏斗5中进行回收，同时防止低温加工时空气中的水汽液化结冰堵塞射流喷嘴10。
所述的射流喷嘴10采用碳化钨、金刚石、立方氮化硼等高硬度耐磨材料，且直径范围为0.4~1.5mm。
所述的湿度传感器11可以根据加工腔室9中的湿度来控制空气干燥机2向加工腔室9中补充干燥空气。
所述的液氮安全阀12可根据液氮液位监测仪15发出的信号来进行液氮的补给。
所述的换热器13射出的低温微磨料气射流的温度范围为-180℃~-120℃。
所述的换热器13射出的低温微磨料气射流可以加工PDMS、PMMA、环氧树脂、丙烯酸等高分子聚合物材料。
所述的喷砂机14可以实现射流的压力及流量调节。
本发明的有益效果：
本发明为高分子材料等弹塑性材料提供了一种低温微磨料气射流加工机床，不仅解决了低温加工时空气中的水液化结冰堵塞射流喷嘴10的问题和磨料不易回收造成污染的问题，还可以有效防止在加工过程中液氮冻伤操作人员。
本发明结构简单，加工精度和加工效率高，并可以实现加工距离、加工角度以及射流流量、射流压力的连续调节。
附图说明
图1是本发明的机床布局简图。
图2是本发明的机床加工示意图。
图中：1、空气压缩机；2、空气干燥机；3、储气罐；4、吸尘器；5、漏斗；6、控制面板；7、自增压液氮罐；8、四维移动平台；9、加工腔室；10、射流喷嘴；11、湿度传感器；12、液氮安全阀；13、换热器；14、喷砂机；15、液氮液位监测仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-2所示。
一种低温微磨料气射流加工机床，包括微磨料气射流发生部分、冷却部分、加工部分、磨料回收部分、控制器部分，如图1所示；所述的微磨料气射流发生部分主要包括空气压缩机1、空气干燥机2、储气罐3和喷砂机14，储气罐3用于使射出的低温微磨料气射流保持一个稳定的压力，喷砂机14可以实现射流的压力及流量调节，空气压缩机1的出气口与空气干燥机2的空气入口相连，空气干燥机2的空气出口与储气罐3的进气端相连的同时，通过管道与加工腔室9相连通，储气罐3的出气端通过管道与喷砂机14相连；所述的冷却部分主要包括自增压液氮罐7、液氮安全阀12和换热器13，液氮安全阀12的一端与自增压液氮罐7相连，另一端与换热器13的一端相连，换热器13的另一端与喷砂机14相连；所述的加工部分主要包括四维移动平台8、加工腔室9和射流喷嘴10（可采用碳化钨、金刚石、立方氮化硼等高硬度耐磨材料，直径范围为0.4~1.5mm），四维移动平台8和射流喷嘴10均安装在加工腔室9中，四维移动平台8可带动工件实现沿X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动和绕Z轴方向的转动，这样可以改变加工距离与加工角度；工件（材质可为PDMS、PMMA、环氧树脂、丙烯酸等高分子聚合物材料）固定在四维移动平台8的工作台上，射流喷嘴10与换热器13相连，空气干燥机2向加工腔室9内提供干燥空气，加工腔室9具有防湿功能，而且空气干燥机2能直接向其中通入干燥空气，可有效防止加工过程中磨料飞溅对环境产生污染且便于磨料漏入漏斗5中进行回收，同时防止低温加工时空气中的水汽液化结冰堵塞射流喷嘴10；所述的磨料回收部分主要包括吸尘器4和漏斗5，吸尘器4与漏斗5相连，漏斗5固定在加工腔室9的下部；所述的控制器部分主要包括控制面板6、湿度传感器11和液氮液位监测仪15，控制面板6实现对四维移动平台8的控制，湿度传感器11实现对加工腔室9中的湿度监测，液氮液位监测仪15与液氮安全阀12和换热器13相连接。所述的湿度传感器11可以根据加工腔室9中的湿度来控制空气干燥机2向加工腔室9中补充干燥空气。所述的液氮安全阀12可根据液氮液位监测仪15发出的信号来进行液氮的补给。所述的换热器13射出的低温微磨料气射流的温度范围为-180℃~-120℃。
本发明的工作过程是：
空气压缩机1产生的压缩空气通过空气干燥机2进行干燥，进入储气罐3。需要进行加工时，打开储气罐3的阀门，稳定的气流进入喷砂机14，与其中的氧化铝磨料相混合，形成微磨料气射流后进入换热器13。打开自增压液氮罐7的阀门，在液氮液位监测仪15上设定自动补充液氮的温度，控制液氮安全阀12，使液氮流入换热器13中，与喷砂机14流入的微磨料气射流形成对流，使射流充分冷却。射流喷嘴10和四维移动平台8在加工腔室9中，工件固定在四维移动平台8的工作台上，冷却后的低温微磨料气射流通过磨料喷嘴10射出，如图2所示，射到工件的表面对其进行低温加工。加工过程中空气干燥机2根据湿度传感器11的信号向加工腔室9中补充干燥空气，以防止低温加工时空气中的水汽液化结冰堵塞射流喷嘴10，同时在加工中飞溅的磨料会漏入漏斗5中，通过吸尘器4将其抽走，达到磨料回收防污染的目的。通过控制面板6可以使四维移动平台沿X轴、Y轴、Z轴三个方向移动和绕Z轴方向转动，改变工件与喷嘴的相对位置，从而使加工距离与加工角度发生改变。
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 (5)
1.一种低温微磨料气射流加工机床，其特征是它包括：
一微磨料气射流发生部分；该微磨料气射流发生部分包括空气压缩机（1）、空气干燥机（2）、储气罐（3）和喷砂机（14），空气压缩机（1）的出气口与空气干燥机（2）的空气入口相连，空气干燥机（2）的空气出口与储气罐（3）的进气端相连，储气罐（3）的出气端与喷砂机（14）相连，空气压缩机（1）产生的压缩空气流经空气干燥机（2）和储气罐（3），在喷砂机（14）中与磨料混合，产生压力稳定、干燥的微磨料气射流；所述的储气罐（3）用于使射出的低温微磨料气射流保持一个稳定的压力；
一冷却部分；该冷却部分包括自增压液氮罐（7）、液氮安全阀（12）和换热器（13），液氮安全阀（12）的一端与自增压液氮罐（7）相连，另一端与换热器（13）的一端相连，换热器（13）的另一端与喷砂机（14）相连，自增压液氮罐（7）中的液氮通过液氮安全阀（12）流入换热器（13），从喷砂机（14）流出的微磨料气射流从另一个方向流入换热器（13），与液氮形成对流，使微磨料气射流冷却均匀；
一加工部分；该加工部分包括四维移动平台（8）、加工腔室（9）和射流喷嘴（10），四维移动平台（8）和射流喷嘴（10）均安装在加工腔室（9）中，工件固定在四维移动平台（8）的工作台上，射流喷嘴（10）与换热器（13）相连，空气干燥机（2）向加工腔室（9）内提供干燥空气，从射流喷嘴（10）中射出的低温微磨料气射流能对固定在四维移动平台（8）的工作台上的工件进行高效加工；
一磨料回收部分；该磨料回收部分包括吸尘器（4）和漏斗（5），吸尘器（4）与漏斗（5）相连，漏斗（5）固定在加工腔室（9）的下部，加工腔室（9）中产生的磨料落入漏斗（5）中，再由吸尘器（4）将漏斗（5）中收集的磨料抽走；
控制器部分；该控制器部分包括控制面板（6）、湿度传感器（11）和液氮液位监测仪（15），控制面板（6）实现对四维移动平台（8）的控制，湿度传感器（11）实现对加工腔室（9）中的湿度监测，若湿度高于设定值，则通过控制空气干燥机（2）向加工腔室（9）中补充干燥空气，液氮液位监测仪（15）分别与液氮安全阀（12）和换热器（13）相连接，以实时显示微磨料气射流出口的温度并根据换热器（13）中液氮液位的情况控制液氮安全阀（12）进行液氮补充；
所述的加工腔室（9）具有防湿功能，而且空气干燥机（2）向其中通入干燥空气，能有效防止加工过程中磨料飞溅对环境产生污染且便于磨料漏入漏斗（5）中进行回收，同时防止低温加工时空气中的水汽液化结冰堵塞射流喷嘴（10）；
所述的射流喷嘴（10）采用碳化钨、金刚石、立方氮化硼，且直径范围为0.4~1.5mm；
所述的湿度传感器（11）能根据加工腔室（9）中的湿度来控制空气干燥机（2）向加工腔室（9）中补充干燥空气；
所述的液氮安全阀（12）能根据液氮液位监测仪（15）发出的信号来进行液氮的补给。
2.根据权利要求1所述的低温微磨料气射流加工机床，其特征在于所述的四维移动平台（8）能带动工件实现沿X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动和绕Z轴方向的转动，以改变加工距离与加工角度。
3.根据权利要求1所述的低温微磨料气射流加工机床，其特征在于所述的换热器（13）射出的低温微磨料气射流的温度范围为-180℃~-120℃。
4.根据权利要求1所述的低温微磨料气射流加工机床，其特征在于所述的换热器（13）射出的低温微磨料气射流能加工PDMS、PMMA、环氧树脂、丙烯酸。
5.根据权利要求1所述的低温微磨料气射流加工机床，其特征在于所述的喷砂机（14）能实现射流的压力及流量调节。
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