CN1006868B - 管材内表面喷砂处理设备 - Google Patents

Abstract

管材内表面喷砂处理设备。它设有使喷射程序为自动程序控制的装置，磨料量自动称重装置，装磨料用容器的料位指示器及放气阀。喷嘴采用人造金刚石材料。使用该发明设备喷砂处理时，使砂阀上边的压力大于下边，采用装换方便成本低的过渡管，被处理的管在装卸时只需要直接插入或抽出，并且该发明设备采用多个喷嘴，一次可处理数支管，使用该发明设备可处理内表面尺寸公差和圆柱度形状公差要求甚严的细长管。

Description

本发明属于喷砂处理用的设备。即借助于一些容器、管道、阀门、喷嘴等将磨料混入带压力的空气流中，然后喷射到要处理的工件内表面上，以达到清除规定厚度层的目的。

关于管材内表面的喷砂处理设备和方法，目前技术水平及其形式各不相同。例如，西德专利DE    3232994是一种喷砂装置，它使用空气作为载流体，既可以进行干喷，又可以进行湿喷;美国专利US    3914815是管内表面清理装置，它使用磨料浆喷射清理管内表面，磨料浆被专门设计的机构供给的气体推动，从而将脉动压力传给喷嘴;日本专利昭60-263671是管材内表面的喷砂方法，被清理管的一端借助于空气抽吸装置产生的吸力作用使磨料和空气一起从管的另一端喷出，从而磨削了管材内表面。

但是，现有的管材内表面喷砂处理的设备和方法，它们都仅仅是为了去除管内表面的污物、氧化皮、锈迹等。只要把这些去除，管内抛光打亮就达到了目的，至于处理时管壁减薄量的多少，处理后管内表面中部与两端孔径差的大小要求不是很严。换句话说，当前这些喷砂处理设备和方法都难以保证喷砂磨削时管内高精度的尺寸公差和圆柱度形状公差。

有些管材对喷砂处理后内表面尺寸公差和圆柱度形状公差要求甚 严。当处理这种管材时特别是细长管材，对那样严格的技术要求，现有的喷砂设备和方法则难以满足。例如，用于原子能反应堆的Zr-4合金管，其几何尺寸长为3200～3700mm，内径∮8.6mm。喷砂处理其内表面时要求管壁的减薄量必须大于3～5μm，管内径的圆柱度公差增加量不许大于3μm。本发明的目的在于提供一种能满足高精度尺寸公差和圆柱度形状公差要求的管材内表面喷砂处理用的设备。

用磨料或砂子清理管道的过程中，总有一个供给正确的磨料量进入气流中以及保证这种砂流进入被清理的管道进行平稳喷射的问题。喷射时间，砂量的大小与均匀性，压力以及喷嘴直径等参数是影响喷射质量的重要因素。本发明设备旨在严格控制这些因素。

图1是本发明设备的示意图。

图2是图1中过渡管13及被清理管14与设备联接的联接机构图。

本发明设备包括的部件与其作用以及它们之间的联系如下所述：

从图1中可以看出，本发明设备包括压力容器1，它的直径为∮350～400mm，装喷砂用的磨料，其顶部有一个锥形顶盖2。容器1上端一侧装有进气管道40，管道40上有压力表18、进气的开闭阀3和调压阀4，阀3为电磁控制阀。容器1上端另一侧装有放气阀5，此阀由电气控制，采用允许含灰脏气通过的电磁控制阀或专门设计的阀。容器1侧壁上有一个斜插的磨料料位指示器6。容器1下部为圆锥形，其底部有砂阀7，此阀是一气动阀，它的功能不仅可以通断砂流，同时也能控制砂流量的大小。阀7的下边是混合室8，图1中混合室8的右边为进气管道50，管道50上有电磁开闭阀9、贮气罐10，其容积为 0.2～0.5m²，此外还有调压阀11。管道40与管道50连通并经过空气过滤器21接气源60。混合室的左边出口接喷嘴12，喷嘴的左边是过渡管13，由喷嘴喷出的磨料经过过渡管13进入被清理管14。被处理管14的出口与旋风收尘器15相联，收尘器直径为300mm。收尘器15的下部出口联接收装磨料的口袋16。口袋16的下边是一个重量传感器17，口袋16和重量传感器17装于一个容器37中，以免粉尘飘入空气中污染空气。收尘器15的上部出口与带抽力的布袋收尘器22相联，其过流量为500～2000m³/min。

本发明中使用的磨料为碳化硅砂，根据所处理管的技术要求选择砂的粒度。使用本发明设备清理管内表面的方法包括下述程序：

首先，将调压阀4、11调到适当压力（3～6kg/cm²），其数值分别反应到压力表18、19上，使表18的压力值略高于19的数值。调压阀的压力调定后，接通气源60的压力（5～8kg/cm²），此时除调压阀外，其余的阀都处于关闭状态。

其次，将要处理的管14接于过渡管13与收尘器15之间。

再次，进入喷射程序，阀的开闭顺序为：先打开阀3，使容器1充压，数秒后打开阀9，再过数秒后打开阀7，此时进入喷射阶段，达到指定的喷射时间后，关闭阀3，同时打开阀5放气，容器1中压力开始下降，压力通过表18反应，数秒后阀5、阀7关闭，最后阀9也关闭。至此，完成一次喷射处理。

最后，将喷射处理过一次的管进行调头，即将原来与过渡管13联接的一端与收尘器15联接，将原来与收尘器15联接的一端与过渡管13 联接，管调头联接后再喷射一次，即清理一支管喷射二次。

如果在喷射处理时，对通过管内的砂量、气量及喷射时间作适当调节，可一次完成喷射处理，即二次喷射可不必进行。但为更可靠地保证高精度的尺寸公差和圆柱度形状公差要求，仍以调头喷为好。

该喷射方法的第一步，只是在每次开始喷射第一支管的时候才进行，除此之外，在喷射清理中仅仅重复该方法的其他步骤即可。

本发明设备设有使喷射程序为自动程序控制的装置。由于该设备所喷射处理的管内表面质量要求非常严，因此在进行喷射处理时必须使该设备在恒定状态下运转，才能保证喷射质量的重复性。所以，使用本发明设备和方法清理管的内表面除了喷射处理操作开始或结束时调压阀4与11的开闭以及被清理的管在设备中的装卸之外，其喷射程序与喷射过程中该设备的其他部件的运转均采用电气自动程序控制。自动程序控制装置设在控制整个发明设备的操作盘上，只要操作者按一下操作盘上的“喷射操作”按钮，则整个喷射程序自动进行。各个阀按时间程序实现自动开闭直至喷砂结束。喷射程序中砂阀7打开至进气阀3关闭这段时间为实际的喷砂时间，它是由高精度晶体管时间继电器来控制，可在0～60秒范围内调整，最大重复延时误差小于1.8秒，正是由它来精确地控制喷射时间，可靠地保证每支管的喷砂时间相同，使操作变得非常简单，消除了客观人为因素，对砂流的均匀稳定起到控制作用，从而满足管材特别是细长管内表面处理时的严格要求。

本发明设备设有磨料量自动称重装置。由每支管喷出的磨料落到 重量传感器17上，在每次喷射完毕后，重量传感器上的磨料量通过电缆23在重量显示器24上自动显示并打印出来。有些管在喷射处理后内表面几何尺寸要求非常严，每支管在处理后都要测量其内径尺寸，特别是对那些细长管来说相当麻烦，一般是通过气动量仪进行深孔测量，而测量用的时间往往比喷射时间还要长。由于在其他喷射参数相同时，磨削量与每次喷射的磨料量有关，即对于同样的管材来说，磨料量一定，磨削量相同，磨削后管材内径相等，所以，在喷射处理的同时可采用磨料量自动称重装置监测每次通过管内喷射的磨料量。假如有故障发生从显示器上反应的磨料量就能及时发现。因此，这样作不仅提高喷射处理的可靠性，可保证每支管的喷射质量，而且免去使用气动量仪检测管内表面，从而节省大量时间。

由于压力容器1为密闭容器，为使操作者能够监测出容器内磨料量设有料位指示器。指示器是用来在喷砂处理时对磨料量的多少、有无进行指示。指示器6的探极25装在压力容器1内，与容器1中轴线的夹角最好为30°，它实际上是一个两同轴互相绝缘的金属圆柱，中间隔以不导电介质，构成一个电容器，当磨料埋住电极的深度不同时，就改变了探极电容量的大小，从而通过电缆26使控制器27中的仪表相应地指示出磨料的多少。当磨料完全露出探极时，控制器27发出报警信号，蜂鸣器响，指示灯亮，从而提醒操作者进行添加磨料，避免无磨料操作，提高喷射工作的可靠性。

本发明喷嘴12的材料采用人造金刚石，其孔径随被处理管的孔径的大小而异，例如可采用∮2.0～7.0mm。采用人造金刚石作喷嘴，使 用中喷嘴直径不易变化，因而保证了喷射质量稳定，虽然它比普通采用的碳化钨价格高，但是由于人造金刚石喷嘴的使用寿命远远超过了碳化钨，所以它也是成本合算的材料。

管道40与管道50分别装有调压阀4和11。管道40与管道50的压力可通过阀4和阀11调整。管道40的压力为压力容器的压力，通过压力表18指示，管道50的压力为主气路压力，通过压力表19指示。设置调压阀4与11除了使各管道中的压力衡定外，还在砂阀7的上下之间造成压力差，即上边压力略大于下边（0.3～1.5kg/cm²）。从而，使容器1中进入混合室8的磨料不仅仅是靠重力，而且也是借助于压力差。这样，阀7的孔口在比较小的时候下料也不会阻塞，另外，使磨料的流量调节范围增大，使用起来更灵活、方便。美国专利US 4048757中使用调压阀是为了平衡砂箱与气砂流中的压力，而本发明使用调压阀的目的恰恰与之相反，要造成压力差来调节砂量并控制整个系统不受气源压力变化的影响。

本发明采用了过渡管。过渡管采用硬质或耐磨材料为宜，例如硬质钢，其内径与被处理管的内径相同或略小些，长度为200～600mm，壁厚为所处理管的5～10倍。使用过渡管避免被处理管内表面造成喇叭口。从而有助于保证其尺寸公差和圆柱度形状公差的严格要求。图1中过渡管13与被清理管14及喷嘴12的联接是通过联接机构35实现的，参见图2，联接机构35包括压紧螺母28、压环29、O型密封圈30。压紧螺母28与支撑体31或支撑体32之间采用螺纹联结。当需要装卸或更换过渡管13时，只要拧松压紧螺母，将过渡管插入或抽出，插入过渡管后， 再拧紧压紧螺母即可密封。日本专利，昭60-263671中也采用了过渡管，该专利称之为“假管”。日本专利中，在所处理管的两端都使用了假管，而本发明只需要在处理管靠近喷嘴一端安装过渡管，另外，日本专利中假管本身带密封装置，而本发明中过渡管仅仅为一支直管，装换方便而且成本低。

图1中被清理管14与过渡管13及旋风收尘器15的联接是通过联接机构36。由图2可见，它包括压紧螺母33，骨架式U型密封圈34，此外还有支撑体31。压紧螺母33与支撑体31之间仍采用螺纹联结。当气流通过时，进入橡胶材料制作的骨架式U型密封圈34中的气体使密封圈34与被清理管14产生密封。这种联接机构在被清理管14的两端都有。当被清理的管在喷射处理过程中装卸时，只需要直接插入或抽出，不需要拧动压紧螺母。

本发明喷砂处理设备的混合室8上可并排安装数个喷嘴，因此，使用本发明设备和方法一次可以同时喷射处理几支管。例如一次可同时喷射两支管。

另外指出，本发明设备设有压力监测报警装置。当气源压力低于某一数值时，电接点压力表通电，使电铃响，指示灯亮，以引起操作者的注意。

本发明设备压力容器1的锥形顶盖2，其下部分里面有弹簧，当容器1中无压力时可以将其压下，将磨料由顶盖2装入容器1中，当容器1加压后顶盖2可自行封闭。

在本发明设备中采用了双重收尘装置，因此大气粉尘污染极小， 可远远低于中华人民共和国卫生部等部门批准颁布的TJ36-79“工业企业设计卫生标准”第32条的规定值2mg/m³。

本发明与以压缩空气为动力的湿喷相比喷射效率高。例如，以往湿喷技术喷射一支管往往需要数分钟，壁厚减薄量极小，而本发明处理内径∮8.6，长3200～3700mm的Zr-4合金管喷射一次时间为20～65秒，包括装卸管在内为40秒～1分30秒。该管经两次喷射后管壁减薄量为3～10μm，内表面圆柱度公差增量为1～3μm。

实施例。使用该发明设备和方法对内径∮8.6mm的Zr-4合金管进行了喷砂处理。磨料采用碳化硅砂，喷嘴材料采用人造金刚石，并且采用了钢质过渡管。实例1中Zr-4合金管的长度为3200mm，实例2中为3400mm，实例3中为3200mm其他喷射处理有关参数列于表1。喷射处理采用自动程序控制，用气动量仪测量的喷射前后管内径尺寸数值列于表2。处理后不仅管内表面粗糙度质量提高，而且从表2中可以看出完全能够满足细长管内表面高精度尺寸公差和圆柱度形状公差的要求。

表1、Zr-4合金管喷射处理有关参数

实    主气路压力    压力容器压力    喷射时间    重量显示器显示砂量

例 kg/cm²kg/cm²Sec kg

1    5    5.5    30×2＊    300

2    5    5.5    30×2＊    400

3    4.7    5.5    63＊＊    650

＊采用二次喷射，每次喷射30秒。

＊＊采用一次喷射。

表2、Zr-4合金管喷射前后内径尺寸

端距    喷前内径    喷后内径    直径增大量

实例

mm    mm    mm    μm

20    8.588～8.598    8.596～8.606    8～8

40    8.589～8.598    8.596～8.606    7～8

80    8.590～8.597    8.598～8.605    8～8

1    160    8.591～8.596    8.599～8.603    8～7

320    8.592～8.595    8.599～8.604    7～8

640    8.589～8.599    8.597～8.605    8～6

1200    8.588～8.598    8.595～8.604    7～6

1500    8.586～8.595    8.592～8.602    6～7

20    8.586～8.613    8.600～8.625    14～12

40    8.586～8.610    8.600～8.622    14～12

80    8.588～8.606    8.600～8.612    12～12

2    160    8.584～8.604    8.595～8.615    11～11

320    8.584～8.610    8.596～8.619    12～9

640    8.588～8.603    8.599～8.612    11～9

1200    8.591～8.603    8.601～8.611    10～8

1700    8.594～8.603    8.604～8.611    10～8

20    8～7

1＃    1600    9～6

3180    10～9

20    9～8

2＃    1600    6～6

3180    12～10

＊实验3为一次喷射清理两支管。＊

Claims (1)

1. 一种管材内表面喷砂处理用的设备，该设备包括压力容器1，在容器1的上部有锥形顶盖2，容器1上端一侧装有进气管道40，管道40中安装有压力表18，并串联安装开闭阀3，容器1上端另一侧装有放气阀5，容器1的下部为锥形，锥形出口处安装有砂阀7，砂阀7的下部安装混合室8，混合室8一侧安装压力表19，混合室8中气流进口处联接进气管道50，管道50上串联安装开闭阀9，管道40与管道50都与气源60联接，混合室8中气流的出口处安装有喷咀12，喷咀12的出口处与过渡管13相联接，过渡管13的出口处与接头35相联接，接头35的另一头有接头36，接头36与被处理管14相联接，被处理管14的出口处通过接头36与旋风收尘器15相联接，旋风收尘器15的下部出口处联接有口袋16，该设备还设有使喷射程序为自动程序控制的装置，其特征在于：

   (a)在管道40上串联安装调压阀4，在管道50上串联安装调压阀11，在喷射处理时通过调整调压阀4和11的出口压力使阀7上部的压力大于其下部的压力0.3～1.5kg/cm²，

   (b)当每次喷射过程结束时，将开闭阀3关闭，同时打开放气阀5经过数秒时间后将砂阀7和开闭阀5关闭，然后再关闭阀9，

   (c)在旋风收尘器15及收料口袋16的下部安装有磨料自动称重装置，该称重装置由重量传感器17，电缆23和重量显示器24组成。

Images