CN103612163B - 红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置 - Google Patents
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Abstract
一种红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置，包含约束构件、红外加热器、形变传感器、控制柜，约束构件套装在人工关节外，约束构件内表面与人工关节外表面间形成厚度均匀的仿形流道，约束构件两端设有仿形流道出口和仿形流道入口，红外加热器可在三维空间内移动，红外加热器的光斑作用在约束构件上，约束构件外表面阵列形变传感器。本发明通过约束构件构建厚度均匀的磨粒流受控仿形流道，通过红外加热器局部加热约束构，从而改变约束构件被加热处流道缝隙的大小，控制局部的加工强度，约束构件外表面阵列形变传感器，形变传感器将约束构件的形变数据传输给控制柜，实现边检测边控制温度，抛光精度高，实时性好。
Description
技术领域
本发明涉及磨粒流抛光加工领域，特别是一种钛合金人工关节湍流精密加工装置。
背景技术
人工关节表面的光整程度对其功能和使用寿命有着至关重要的影响，因此，经过成型后的钛合金人工关节假体并不能直接适用于人体内部，还需要经过一系列的打磨和抛光等后续工艺处理，最终获得高精度和高光洁度的表面，形成与人体骨头配合良好的人工关节。
人工关节表面为不同曲率的复杂曲面，且钛合金的导热性和切削性能差，现有表面精密加工技术中，大部分方法难以适用。由于磨粒流可形成良好仿形接触，因此在曲面和异型面加工中体现出优势，现磨粒流形成了一些表面加工方法，如利用高压高速磨粒流喷射工件表面，借助磨粒高速碰撞的剪切作用实现精密加工；这种方法以冲蚀磨损理论为基础，容易使工件表面受到磨粒的强力刮削而产生弹性变形或塑性压痕，不能满足人工关节表面加工要求，专利申请号为201110041218.8的“钛合金人工关节曲面湍流精密加工新方法及其专用装置”提供了一种局部覆盖约束式钛合金人工关节湍流精密加工的新方法，通过与待加工的假体形状相一致的配模，在人工关节假体外表面和配模内表面的流道内形成湍流，利用磨粒的微力微量切削的频繁作用实现表面的逐步光整，但是人工关节表面为复杂曲面，磨粒流流经人工关节表面拐点和奇点的突变点处时容易受阻，且越靠近曲面的地方，磨粒流的粘性阻尼减少了切向速度脉动，同时复杂曲面阻止了法向速度脉动，离开曲面稍微远点的区域，由于磨粒流平均速度梯度的增加，磨粒流的湍流动能迅速产生变大，使得抛光不均匀，难以达到理想的抛光效果。
发明内容
针对钛合金人工关节复杂曲面光整加工的难题，本发明提供一种抛光性能好、精度高的红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置，包含约束构件、红外加热器、形变传感器、控制柜。
所述约束构件套装在人工关节外，所述约束构件内表面与人工关节外表面间形成厚度均匀的仿形流道，所述约束构件为壁厚相同热敏金属复合材料，所述约束构件两端设有仿形流道出口和仿形流道入口。
所述红外加热器可在三维空间内移动，所述红外加热器的光斑作用在约束构件上，所述红外加热器通过电线连接控制柜，所述约束构件外表面阵列形变传感器，所述形变传感器数据传输给控制柜。
进一步，红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置，还设置有机械手、磨粒流搅拌存储器、隔膜泵；所述机械手连接红外加热器，所述隔膜泵分别连接仿形流道入口和磨粒流搅拌存储器的出口，所述仿形流道出口通过管道连接磨粒流搅拌存储器的入口。
进一步，所述红外加热器的光斑可调节大小和强度。
本发明的设计思路及优点表现在：1、通过人工关节曲面的仿形建立局部覆盖曲面约束构件，构建厚度均匀的磨粒流受控仿形流道，被加工曲面成为流道壁面的一部分，使研磨液进入湍流充分发展状态，通过磨粒的无序运动来实现表面的微力微量切削，达到镜面级表面粗糙度，抛光精度高。2、仿形流道的缝隙越窄，湍流效果越好，加工效果越明显，而人工关节表面为复杂曲面，磨粒流在曲面拐点或奇点处受到阻力易造成抛光不均匀的情况，因此，本发明的约束构件为壁厚相同热敏金属复合材料，约束构件某一局部通过红外加热器加热后会产生形变，从而改变约束构件被加热处流道缝隙的大小，控制局部的加工强度，优化抛光效果。3、通过机械臂，红外加热器可以任意移动到约束构件任意位置，且红外光斑可以调节光斑大小和强度，可高精度控制局部抛光的加强效果，抛光精度高4、所述约束构件外表面阵列形变传感器，形变传感器将约束构件的形变数据传输给控制柜，实现实时监测。5、仿形流道出口通过管道连接磨粒流搅拌存储器，研磨液可循环使用，减少污水排放实现清洁加工，并节约能源。
附图说明
图1是本发明的立体示意图。
图2是本发明的俯视示意图。
图3是本发明的人工关节仿形流道剖面示意图。
具体实施方式
结合图1～3，红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置，包含约束构件1、红外加热器3、形变传感器2、控制柜5、机械手4、磨粒流搅拌存储器7、隔膜泵6。
约束构件1套装在人工关节9外，约束构件1内表面与人工关节9外表面间形成厚度均匀的仿形流道10，约束构件1为壁厚相同热敏金属复合材料，约束构件1两端设有仿形流道出口12和仿形流道入口11。
机械手4连接红外加热器3，红外加热器3可在三维空间内移动，红外加热器3的光斑作用在约束构件1上，红外加热器3的光斑可调节大小和强度，红外加热器3通过电线连接控制柜5，约束构件1外表面阵列形变传感器2，形变传感器2数据传输给控制柜5。
隔膜泵6通过管道8分别连接仿形流道入口11和磨粒流搅拌存储器7的出口，仿形流道出口12通过管道8连接磨粒流搅拌存储器7的入口。
Claims (3)
1.红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置，其特征在于：包含约束构件、红外加热器、形变传感器、控制柜；
所述约束构件套装在人工关节外，所述约束构件内表面与人工关节外表面间形成厚度均匀的仿形流道，所述约束构件为壁厚相同热敏金属复合材料，所述约束构件两端设有仿形流道出口和仿形流道入口；
所述约束构件外表面阵列形变传感器，所述红外加热器可在三维空间内移动，所述红外加热器的光斑作用在约束构件上，所述红外加热器通过电线连接控制柜，所述形变传感器数据传输给控制柜。
2.如权利要求1所述的红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置，其特征在于：还设置有机械手、磨粒流搅拌存储器、隔膜泵；所述机械手连接红外加热器，所述隔膜泵分别连接仿形流道入口和磨粒流搅拌存储器的出口，所述仿形流道出口通过管道连接磨粒流搅拌存储器的入口。
3.如权利要求1所述的红外线加热约束构件的曲面湍流抛光装置，其特征在于：所述红外加热器的光斑可调节大小和强度。
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