聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置的制作方法

本發(fā)明涉及一種有機(jī)材料加工技術(shù)，尤其是一種聚合物材料表面加工技術(shù)，具體地說是一種聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置。

背景技術(shù)：

近年來，出現(xiàn)了一種新穎的微細(xì)加工技術(shù)，即用干燥的壓縮空氣來加速微小磨粒形成磨料射流，將射流噴射到工件表面對工件進(jìn)行加工，稱之為磨料射流加工技術(shù)。磨料射流加工技術(shù)成本較低，加工時可以得到很高的材料去除率，且材料去除率可控。磨料射流加工技術(shù)可用于加工玻璃、陶瓷和有色金屬等。

陶瓷材料由于其自身的局限性，在某些場合并不適用。如陶瓷材料缺乏光學(xué)透明性，以及其有限的生物相容性因而在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用受限?；诖?，人們開始用聚合物材料來替代陶瓷材料。但聚合物大多數(shù)為疏水材料，采用常規(guī)的磨料射流以及水射流技術(shù)進(jìn)行加工時，材料去除率較低。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在低溫下，對聚合物進(jìn)行磨料射流加工，材料去除率較高。

目前在國外用到兩種實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行低溫磨料射流加工，其中一種裝置為磨料射流流經(jīng)液氮罐實(shí)現(xiàn)冷卻的目的，此裝置對被加工材料的冷卻效果較差，且實(shí)驗(yàn)裝置所占空間過大。另一種裝置為液氮射流和磨料射流以一定的入射角進(jìn)行對射，形成含有液氮的磨料射流，此裝置對磨料射流冷卻效果較差，且液氮和磨料射流難以實(shí)現(xiàn)充分混合，同時由于兩射流對射，易導(dǎo)致磨料射流偏離原軌跡?？紤]到上述兩種裝置的缺點(diǎn)，急需一種智能可控溫低溫磨料射流加工裝置，以便對磨料射流和工件進(jìn)行冷卻，在－80℃～－190℃溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)工件的射流加工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對聚合物材料難實(shí)現(xiàn)低溫射流加工的問題，設(shè)計(jì)一種聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置，其特征是它包括：

一磨料射流發(fā)生系統(tǒng)，所述磨料射流發(fā)生系統(tǒng)主要包括氮?dú)馄?、磨料倉2、氣粉混合器19、磨料射流彎管10和磨料射流噴嘴18，磨料倉2中的磨料和氮?dú)馄?輸出的氮?dú)膺M(jìn)入氣粉混合器19混合后進(jìn)入磨料射流彎管10進(jìn)一步冷卻至加工溫度后從磨料射流噴嘴18噴出對聚合物工件17進(jìn)行低溫射流加工；

一冷卻筒，所述的冷卻筒包括冷卻筒內(nèi)罐5和冷卻筒外罐11，冷卻筒內(nèi)罐5安裝在冷卻筒外罐11中并通過法蘭蓋28實(shí)現(xiàn)可拆卸連接，所述的冷卻筒內(nèi)罐5中安裝有無底內(nèi)筒29、冷卻筒內(nèi)罐5與無底內(nèi)筒29采用焊接方式進(jìn)行連接，無底內(nèi)筒29的無底端與冷卻筒內(nèi)罐5底部安裝的冷密封圈22相抵從而實(shí)現(xiàn)無底內(nèi)筒29的密封；無底內(nèi)筒29的有底一端連接有排氣口20和磨料入口27，冷卻筒內(nèi)罐5與無底內(nèi)筒29相抵的一端上安裝有加液口23和磨料出口24；所述的冷卻筒外罐11還設(shè)有外罐真空口25，冷卻筒內(nèi)罐5設(shè)有內(nèi)罐真空口26以便對冷卻筒外罐11及冷卻筒內(nèi)罐5進(jìn)行抽真空提高保溫性能；

一智能冷卻系統(tǒng)，所述智能冷卻系統(tǒng)包括一個高溫溫度探頭4、自增壓液氮罐6、控制器7和電磁閥9，高溫溫度探頭4安裝在排氣口20上用于測量無底內(nèi)筒29中的溫度并與控制器7電氣連接，控制器根據(jù)高溫溫度探頭4控制電磁閥9的開啟，電磁閥9安裝在連接自增壓液氮罐6與加液口23相連的管道上，以便根據(jù)測量溫度對無底內(nèi)筒加注液氮，使無底內(nèi)筒中的溫度滿足低溫加工要求；

一加工系統(tǒng)，所述的加工系統(tǒng)包括六坐標(biāo)工作臺16，聚合物工件17安裝在六坐標(biāo)工作臺16上并與噴嘴18相對，噴嘴18噴出的低溫磨料首先對聚合物工件進(jìn)行快速冷卻，由于聚合物工作的冷卻速度大于材料的去除速度，因此，快速冷卻后的聚合物工件被磨料快速去除，通過調(diào)整噴嘴射流角度和六坐標(biāo)工作臺16帶動聚合物工件的移動實(shí)現(xiàn)對聚合物工件的加工。

所述的氣粉混合器19的輸出管通過第一快速接頭3與磨料入口27實(shí)現(xiàn)可拆卸式相連；所述的加液口23通過第二快速接頭13與電磁閥9的出口管道實(shí)現(xiàn)可拆卸式連接；所述的磨料出口24通過第三快速接頭14與磨料射流噴嘴18的進(jìn)料端實(shí)現(xiàn)可拆卸式連接。

在冷卻筒內(nèi)罐5和冷卻筒外罐11的法蘭連接面之間安裝的熱密封圈21。

在磨料射流出口處和被加工工件背部安裝有熱電偶，熱電偶與溫度信號處理顯示系統(tǒng)15電氣連接以便將熱電偶采集到的信號實(shí)時顯示出來。

在無底內(nèi)筒29的無底部安裝有低溫溫度探頭12，以用測量磨料射流彎管10上方的溫度，當(dāng)測量溫度不高于氮?dú)夥悬c(diǎn)溫度即表示磨料射流彎管10浸沒在液氮中，低溫溫度探頭12實(shí)時測量無底內(nèi)筒中的溫度并顯示在溫度顯示器上。

通過改變所述的磨料射流彎管10的長度實(shí)現(xiàn)磨料射流溫度的調(diào)節(jié)，射流管長度越大，則溫度越低。

所述的聚合物工件17的加工溫度為－80℃～－190℃。

所述的冷卻筒內(nèi)罐5也為無底結(jié)構(gòu)，它的無底端與無底內(nèi)筒29的無底端相連共同抵壓在冷密封圈22上，冷卻筒內(nèi)罐5的內(nèi)壁與無底內(nèi)筒29的外壁之間抽真空后形成保溫室。

所述的冷卻筒外罐11為中空結(jié)構(gòu)，通過外罐真空口25抽真空后形成真空保溫層。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對聚合物材料的加工。它能將低溫磨料射流噴射到聚合物材料表面，先實(shí)現(xiàn)對聚合物材料的冷卻，由于材料表面的冷卻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卻至目標(biāo)溫度。聚合物大多為疏水材料，在常溫下難以進(jìn)行磨料射流加工，但在低溫下，對聚合物進(jìn)行磨料射流加工，能實(shí)現(xiàn)較高的材料去除率。因而本低溫磨料射流加工裝置可以實(shí)現(xiàn)對聚合物材料的加工。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，冷卻效果好，體積小，能實(shí)現(xiàn)多角度任意形狀的加工。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的冷卻筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、氮?dú)馄浚?、磨料倉；3、快速接頭一；4、高溫溫度探頭；5、冷卻筒內(nèi)罐；6、自增壓液氮罐；7、控制器；8、液氮壓力表；9、電磁閥；10、磨料射流彎管；11、冷卻筒外罐；12、低溫溫度探頭；13、快速接頭二；14、快速接頭三；15、溫度信號處理顯示系統(tǒng)；16、六坐標(biāo)工作臺；17、工件；18、磨料射流噴嘴；19、氣粉混合器；20、排氣口；21、熱密封圈；22、冷密封圈；23、加液口；24、磨料出口；25、外罐真空口；26、內(nèi)罐真空口；27、磨料入口，28、法蘭盤，29、無底內(nèi)筒。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1-2所示。

一種聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置，如圖1所示，它包括：

一磨料射流發(fā)生系統(tǒng)，所述磨料射流發(fā)生系統(tǒng)主要包括氮?dú)馄?、磨料倉2、氣粉混合器19、磨料射流彎管10和磨料射流噴嘴18，磨料倉2中的磨料和氮?dú)馄?輸出的氮?dú)膺M(jìn)入氣粉混合器19混合后進(jìn)入磨料射流彎管10進(jìn)一步冷卻至加工溫度后從磨料射流噴嘴18噴出對聚合物工件17進(jìn)行低溫射流加工；實(shí)際加工時，聚合物工件17處的工作溫度可低至－80℃～－190℃。通過改變磨料射流彎管10的長度可改變磨料射流噴嘴18出口處的溫度，且長度越長，所得到的溫度越低。本發(fā)明的磨料射流發(fā)生系統(tǒng)與冷卻筒之間通過第一活動接頭3可實(shí)現(xiàn)可拆卸式連接，同樣，磨料射流噴嘴18的進(jìn)口端通過第三活動接頭14實(shí)現(xiàn)與冷卻筒的活動連接，可根據(jù)加工對象的不同更換不同的冷卻筒或磨料射流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同目的的加工

一冷卻筒，如圖2所示，它包括冷卻筒內(nèi)罐5和冷卻筒外罐11，所述的冷卻筒外罐11為中空結(jié)構(gòu)，通過外罐真空口25抽真空后形成真空保溫層。冷卻筒內(nèi)罐5安裝在冷卻筒外罐11中并通過法蘭蓋28實(shí)現(xiàn)可拆卸連接，在冷卻筒內(nèi)罐5和冷卻筒外罐11的法蘭連接面之間安裝的熱密封圈21。所述的冷卻筒內(nèi)罐5中安裝有無底內(nèi)筒29，冷卻筒內(nèi)罐5與無底內(nèi)筒29采用焊接方式進(jìn)行連接，所述的冷卻筒內(nèi)罐5也為無底結(jié)構(gòu)，它的無底端與無底內(nèi)筒29的無底端相連并抵壓在冷密封圈22上，冷卻筒內(nèi)罐5的內(nèi)壁與無底內(nèi)筒29的外壁之間抽真空后形成保溫室。無底內(nèi)筒29的有底一端連接有排氣口20和磨料入口27，冷卻筒內(nèi)罐5與無底內(nèi)筒29相抵的一端上安裝有加液口23和磨料出口24；所述的冷卻筒外罐11還設(shè)有外罐真空口25，冷卻筒內(nèi)罐5設(shè)有內(nèi)罐真空口26以便對冷卻筒外罐11及冷卻筒內(nèi)罐5進(jìn)行抽真空提高保溫性能；所述的加液口23通過第二快速接頭13與電磁閥9的出口管道實(shí)現(xiàn)可拆卸式連接。在無底內(nèi)筒29的無底部安裝有低溫溫度探頭12，以用測量磨料射流彎管10上方的溫度，當(dāng)測量溫度不高于氮?dú)夥悬c(diǎn)溫度即表示磨料射流彎管10浸沒在液氮中，低溫溫度探頭12實(shí)時測量無底內(nèi)筒中的溫度并顯示在溫度顯示器上。

一智能冷卻系統(tǒng)，所述智能冷卻系統(tǒng)包括一個高溫溫度探頭4、自增壓液氮罐6、控制器7和電磁閥9，高溫溫度探頭4安裝在排氣口20上用于測量無底內(nèi)筒29中的溫度并與控制器7電氣連接，控制器根據(jù)高溫溫度探頭4控制電磁閥9的開啟，電磁閥9安裝在連接自增壓液氮罐6與加液口23相連的管道上，以便根據(jù)測量溫度對無底內(nèi)筒加注液氮，使無底內(nèi)筒中的溫度滿足低溫加工要求；

一加工系統(tǒng)，所述的加工系統(tǒng)包括六坐標(biāo)工作臺16，聚合物工件17安裝（如粘貼）在六坐標(biāo)工作臺16上并與噴嘴18相對，噴嘴18噴出的低溫磨料首先對聚合物工件進(jìn)行快速冷卻，由于聚合物工作的冷卻速度大于材料的去除速度，因此，快速冷卻后的聚合物工件被磨料快速去除，通過調(diào)整噴嘴射流角度和六坐標(biāo)工作臺16帶動聚合物工件的移動實(shí)現(xiàn)對聚合物工件的加工。在磨料射流出口處和被加工工件背部安裝有熱電偶，熱電偶與溫度信號處理顯示系統(tǒng)15電氣連接以便將熱電偶采集到的信號實(shí)時顯示出來。

本發(fā)明的工作過程如下：氧化鋁、碳化硅、碳化硼等磨料在重力作用下從磨料倉2內(nèi)落入氣粉混合器19；氮?dú)馄?輸出高壓氮?dú)膺M(jìn)入氣粉混合器19與磨料混合；在氣粉混合器19內(nèi)形成的磨料射流進(jìn)入磨料射流彎管10；自增壓液氮罐經(jīng)電磁閥9和加液口23將液氮輸入冷卻筒內(nèi)，在冷卻筒內(nèi)對磨料射流進(jìn)行降溫冷卻；；高溫溫度探頭4置于排氣口20，測量排氣口溫度并反饋信息給控制器7用于控制電磁閥9開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)液，電磁閥9的開啟溫度可根據(jù)產(chǎn)品工況通過多次實(shí)驗(yàn)獲得；低溫溫度探頭12置于磨料射流彎管10上方，當(dāng)該點(diǎn)溫度不高于氮?dú)夥悬c(diǎn)溫度即表示磨料射流彎管10浸沒在液氮中；通過換裝不同長度的磨料射流彎管10即可得到不同的磨料射流溫度；由磨料射流噴嘴18噴出低溫磨料射流至工件17表面進(jìn)行加工，由六坐標(biāo)工作臺16可調(diào)整工件17和磨料射流的相對位置，磨料射流可以以各種入射角度對工件17的各個位置進(jìn)行加工；溫度信號處理顯示系統(tǒng)15通過分析熱電偶采集的信號實(shí)時顯示磨料射流出口處溫度和工件加工溫度。

以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及同等物界定。同時，盡管本文較多地使用了氮?dú)馄?，磨料倉2，快速接頭一3，高溫溫度探頭4，冷卻筒內(nèi)罐5，自增壓液氮罐6，控制器7，液氮壓力表8，電磁閥9，磨料射流彎管10，冷卻筒外罐11，低溫溫度探頭12，快速接頭二13，快速接頭三14，溫度信號處理顯示系統(tǒng)15，六坐標(biāo)工作臺16，工件17，磨料射流噴嘴18，氣粉混合器19，排氣口20，熱密封圈21，冷密封圈22，加液口23，出口24，外罐真空口25，內(nèi)罐真空口26，入口27等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。