紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置制造方法
【專利摘要】一種紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，包含約束構(gòu)件、紅外加熱器、形變傳感器、控制柜，約束構(gòu)件套裝在人工關(guān)節(jié)外，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，約束構(gòu)件兩端設(shè)有仿形流道出口和仿形流道入口，紅外加熱器可在三維空間內(nèi)移動，紅外加熱器的光斑作用在約束構(gòu)件上，約束構(gòu)件外表面陣列形變傳感器。本發(fā)明通過約束構(gòu)件構(gòu)建厚度均勻的磨粒流受控仿形流道，通過紅外加熱器局部加熱約束構(gòu)，從而改變約束構(gòu)件被加熱處流道縫隙的大小，控制局部的加工強度，約束構(gòu)件外表面陣列形變傳感器，形變傳感器將約束構(gòu)件的形變數(shù)據(jù)傳輸給控制柜，實現(xiàn)邊檢測邊控制溫度，拋光精度高，實時性好。
【專利說明】紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]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)。
[0003]人工關(guān)節(jié)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(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現(xiàn)表面的逐步光整，但是人工關(guān)節(jié)表面為復雜曲面，磨粒流流經(jīng)人工關(guān)節(jié)表面拐點和奇點的突變點處時容易受阻，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，同時復雜曲面阻止了法向速度脈動，離開曲面稍微遠點的區(qū)域，由于磨粒流平均速度梯度的增加，磨粒流的瑞流動能迅速產(chǎn)生變大，使得拋光不均勻，難以達到理想的拋光效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對鈦合金人工關(guān)節(jié)復雜曲面光整加工的難題，本發(fā)明提供一種拋光性能好、精度高的紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，包含約束構(gòu)件、紅外加熱器、形變傳感器、控制柜。
[0006]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合材料，所述約束構(gòu)件兩端設(shè)有仿形流道出口和仿形流道入口。
[0007]所述紅外加熱器可在三維空間內(nèi)移動，所述紅外加熱器的光斑作用在約束構(gòu)件上，所述紅外加熱器通過電線連接控制柜，所述約束構(gòu)件外表面陣列形變傳感器，所述形變傳感器數(shù)據(jù)傳輸給控制柜。
[0008]進一步，紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，還設(shè)置有機械手、磨粒流攪拌存儲器、隔膜泵；所述機械手連接紅外加熱器，所述隔膜泵分別連接仿形流道人口和磨粒流攪拌存儲器的出口，所述仿形流道出口通過管道連接磨粒流攪拌存儲器的入口。
[0009]進一步，所述紅外加熱器的光斑可調(diào)節(jié)大小和強度。
[0010]本發(fā)明的設(shè)計思路及優(yōu)點表現(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，使研磨液進入湍流充分發(fā)展狀態(tài)，通過磨粒的無序運動來實現(xiàn)表面的微力微量切削，達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)表面為復雜曲面，磨粒流在曲面拐點或奇點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合材料，約束構(gòu)件某一局部通過紅外加熱器加熱后會產(chǎn)生形變，從而改變約束構(gòu)件被加熱處流道縫隙的大小，控制局部的加工強度，優(yōu)化拋光效果。3、通過機械臂，紅外加熱器可以任意移動到約束構(gòu)件任意位置，且紅外光斑可以調(diào)節(jié)光斑大小和強度，可高精度控制局部拋光的加強效果，拋光精度高4、所述約束構(gòu)件外表面陣列形變傳感器，形變傳感器將約束構(gòu)件的形變數(shù)據(jù)傳輸給控制柜，實現(xiàn)實時監(jiān)測。5、仿形流道出口通過管道連接磨粒流攪拌存儲器，研磨液可循環(huán)使用，減少污水排放實現(xiàn)清潔加工，并節(jié)約能源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的立體示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的俯視示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的人工關(guān)節(jié)仿形流道剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0014]結(jié)合圖廣3，紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，包含約束構(gòu)件1、紅外加熱器3、形變傳感器2、控制柜5、機械手4、磨粒流攪拌存儲器7、隔膜泵6。
[0015]約束構(gòu)件I套裝在人工關(guān)節(jié)9外，約束構(gòu)件I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I為壁厚相同熱敏金屬復合材料，約束構(gòu)件I兩端設(shè)有仿形流道出口 12和仿形流道入口 11。
[0016]機械手4連接紅外加熱器3，紅外加熱器3可在三維空間內(nèi)移動，紅外加熱器3的光斑作用在約束構(gòu)件I上，紅外加熱器3的光斑可調(diào)節(jié)大小和強度，紅外加熱器3通過電線連接控制柜5，約束構(gòu)件I外表面陣列形變傳感器2，形變傳感器2數(shù)據(jù)傳輸給控制柜5。
[0017]隔膜泵6通過管道8分別連接仿形流道人口 11和磨粒流攪拌存儲器7的出口，仿形流道出口 12通過管道8連接磨粒流攪拌存儲器7的入口。
【權(quán)利要求】
1.紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，其特征在于:包含約束構(gòu)件、紅外加熱器、形變傳感器、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合材料，所述約束構(gòu)件兩端設(shè)有仿形流道出口和仿形流道入口； 所述約束構(gòu)件外表面陣列形變傳感器，所述紅外加熱器可在三維空間內(nèi)移動，所述紅外加熱器的光斑作用在約束構(gòu)件上，所述紅外加熱器通過電線連接控制柜，所述形變傳感器數(shù)據(jù)傳輸給控制柜。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，其特征在于:還設(shè)置有機械手、磨粒流攪拌存儲器、隔膜泵；所述機械手連接紅外加熱器，所述隔膜泵分別連接仿形流道人口和磨粒流攪拌存儲器的出口，所述仿形流道出口通過管道連接磨粒流攪拌存儲器的入口。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外線加熱約束構(gòu)件的曲面湍流拋光裝置，其特征在于:所述紅外加熱器的光斑可調(diào)節(jié)大小和強度。
【文檔編號】B24B1/00GK103612163SQ201310635514
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】張利, 張瑞, 鄧犇, 金明生 申請人:浙江工業(yè)大學