CN109440054A - 一种用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体，其属于热喷涂技术领域，柔性快装转接体用于连接喷枪组件和喷涂设备，包括可调动平衡组件、可调旋转半径组件、联动调整组件和喷枪快速对接组件，可调动平衡组件包括固定盘和从动导轨块，所述从动导轨块与所述固定盘滑动连接；可调旋转半径组件包括导轨滑座，所述导轨滑座与所述可调动平衡组件滑动连接；联动调整组件包括组合螺杆，所述组合螺杆能够带动所述从动导轨块和所述导轨滑座同步相向或者相背移动；喷枪快速对接组件与所述可调旋转半径组件可拆卸连接。导轨滑座的移动可调节旋转半径，从动导轨块用于配重调节，减小喷枪旋转过程中的径向移动。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，尤其涉及一种用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体。
背景技术
在机械制造、钢铁冶金、航空航天和轨道交通等工业领域，存在着众多起重要支撑作用的内孔类零部件，例如汽车发动机缸体、燃气轮机壳体和化工石油管道等。它们在工作时内壁会呈现出不同的失效损伤形式(磨损、腐蚀和交变高温等)，严重影响零件的服役安全性并最终造成大量报废件。
内孔等离子喷涂技术是将喷枪沿平行于内孔件的轴向方向伸入其中，使喷枪生成的等离子束流与内孔的轴线垂直，同时将粉材于极短时间内加热加速，堆垛沉积在内表面形成涂层的一种材料成形方法。该技术能在内壁制备出防腐耐磨抗高温等功能强化涂层，且生产效率高、成本低。因而在装备内孔零部件改性强化和再制造延寿中占有十分重要的地位。
内孔等离子喷涂分为两种作业方式。一种是内孔等离子喷枪只沿轴向方向上下移动，而被喷涂工件旋转；另一种是喷枪边上下移动，边绕轴旋转，而被喷涂工件保持固定。由于第二种方式摆脱了对内孔件几何尺寸大小以及复杂外形的限制，不必设计专用的工装使工件绕其质心高速稳定旋转，因而该方式在内孔热喷涂技术中占有重要的地位和作用，应用也更为广泛。
相比于传统的平移式内孔喷涂，旋转等离子喷涂系统的组成更为精细复杂，其核心部件中除了通配的内孔等离子喷枪外，还多了旋转联接组件，包括旋转传动模块、旋转输送模块(传输介质为气液电)与动密封模块。通过该组件可以实现内孔喷枪在高速旋转状态下对工件内壁实施喷涂的同时，保证喷枪工作所需的各种气、水、电和粉的可靠无缠绕传输。
然而，目前，旋转式内孔等离子喷涂系统还存在如下两个技术难点：
1)旋转半径固定，喷涂距离只受工件内径影响而不可调节
具体来讲，参见图1，喷枪能够沿Z轴移动，且能够在X-Y平面内绕内孔的中心轴旋转，而被喷涂工件保持固定。设喷枪绕轴的旋转半径为r0，两内孔件半径分别为r1和r2(r2＞r1)，则喷涂距离分别为r0+r1和r0+r2。但是对于较大内孔件来说，喷枪背部到最近内壁余出来的径向距离d就不能被充分利用。而对于受限空间下的内孔喷涂来讲，喷涂距离往往直接决定了涂层质量的好坏。因为对于等离子喷涂，粉体在等离子射流中必须要有一个基本的加热和加速过程，要想保证可靠的涂层质量，该过程需要在合适的喷涂距离上实现(通常对金属基材料，喷涂距离在90mm以上；陶瓷基材料在70mm以上)。那么如果喷涂距离过短，粉末来不及熔化，大量未熔/半熔粒子堆垛搭接形成的涂层，必然会有更多的结构缺陷(孔隙和裂纹等)。例如，对于汽车或重载车辆发动机缸体，其孔径大小分布在70-150mm之间，这样实际的喷涂距离只有不到35-75mm，因而该方式下制备的涂层服役性能很难得到保证。
2)各型号内孔喷枪更换复杂
实际内孔件的尺寸(孔径和长度)各异，因此常配有对应各规格内孔的等离子喷枪。在内孔喷涂中，喷枪的体积和功率往往是难以兼顾的两个方面。通常，小内孔件(内径小于80mm)只能选用体积小巧但功率低的喷枪，而大内孔件(内径大于140mm)则可以换用中高功率内孔喷枪。此外，在喷涂较深内孔件时，必须采用延长式但离心力较大的内孔喷枪。因此，在实际工程应用中，喷枪的更换非常频繁。传统的更换方式需要将内孔喷枪的管路端和旋转联接组件底部的众多接口依次连接(包括水电缆、工作气管和送粉气管等)，并检查气液的密封性和阴阳极是否短路，耗时长且麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体，实现了喷涂距离灵活精准方便可调及柔性动平衡，更换喷枪时通过转接体快速可靠连接，保证了喷枪高速旋转时的绝对稳定性。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体，用于连接喷枪组件和喷涂设备，包括：
可调动平衡组件，包括固定盘和从动导轨块，所述从动导轨块与所述固定盘滑动连接；
可调旋转半径组件，包括导轨滑座，所述导轨滑座与所述可调动平衡组件滑动连接；
联动调整组件，包括组合螺杆，所述组合螺杆能够带动所述从动导轨块和所述导轨滑座同步相向或者相背移动；
喷枪快速对接组件，与所述可调旋转半径组件可拆卸连接。
其中，所述可调动平衡组件还包括固定导轨块，所述固定导轨块与所述固定盘可拆卸连接，所述导轨滑座与所述固定导轨块滑动连接，所述组合螺杆与所述固定导轨块转动连接。
其中，所述可调动平衡组件还包括限位块，所述从动导轨块上设置有行程限位槽，所述限位块的一端与所述固定盘固定连接，另一端位于所述行程限位槽内，所述限位块能够与所述行程限位槽的内壁抵接。
其中，所述可调动平衡组件还包括压紧螺钉，所述压紧螺钉用于固定所述从动导轨块相对于所述固定盘的位置。
其中，所述导轨滑座具有容置腔，所述容置腔内设置有多个第一接头，所述喷枪快速对接组件具有多个与所述第一接头一一对应的第二接头。
其中，所述可调旋转半径组件还包括用于打开或者关闭所述容置腔的两个锁紧环，两个所述锁紧环的一端与所述导轨滑座转动连接，另一端通过锁紧杆可拆卸连接。
其中，所述导轨滑座的一侧设置有护套，所述护套包括两个平行间隔设置的转轴，每个所述锁紧环与一个所述转轴转动连接。
其中，所述喷枪快速对接组件包括喷枪座，所述第二接头设置于所述喷枪座上，所述喷枪座与所述锁紧环可拆卸连接，所述第二接头通过弯折铜管与所述喷枪组件连接。
其中，所述锁紧环的内壁上设置有凸起，所述喷枪座的外表面设置有能够与所述凸起卡接的凹槽。
其中，所述组合螺杆包括左旋螺杆、右旋螺杆和连接所述左旋螺杆与所述右旋螺杆的定位销，所述左旋螺杆与所述从动导轨块螺纹连接，所述右旋螺杆与所述导轨滑座螺纹连接。
本发明的有益效果：
本发明提出的用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体，用于连接喷枪组件和喷涂设备，通过联动调整组件的组合螺杆带动从动导轨块和导轨滑座同步相向或者相背移动，导轨滑座的移动可调节旋转半径，从动导轨块用于配重调节，减小喷枪旋转过程中的径向移动；通过喷枪快速对接组件与可调旋转半径组件可拆卸连接，可根据实际内孔件的尺寸规格和生产需要，更换用不同功率或长度的喷枪，整个拆装过程的操作快速简便，安装牢固。
附图说明
图1是现有内孔旋转喷涂的示意图；
图2是本发明实施例提供的用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体的分解结构示意图一；
图3是本发明实施例提供的用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体的分解结构示意图二；
图4是本发明实施例提供的可调动平衡组件的主视图；
图5是图4的剖视图；
图6是本发明实施例提供的可调旋转半径组件的局部剖面结构示意图；
图7是本发明实施例提供的可调旋转半径组件的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的联动调整组件的爆炸结构示意图；
图9是本发明实施例提供的喷枪快速对接组件的局部剖面结构示意图。
图中：
1、可调动平衡组件；11、固定盘；12、固定导轨块；13、从动导轨块；131、行程限位槽；14、限位块；15、紧固螺钉；16、压紧螺钉；
2、可调旋转半径组件；21、导轨滑座；22、第一接头；23、锁紧环；24、护套；25、锁紧杆；
3、联动调整组件；31、组合螺杆；311、左旋螺杆；312、右旋螺杆；313、定位销；32、深沟球轴承；33、轴承盖；
4、喷枪快速对接组件；41、喷枪座；42、第二接头；43、喷枪固定法兰；44、弯折铜管。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
参见图2至图9，本发明实施例提供一种用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体，用于连接喷枪组件和喷涂设备，包括可调动平衡组件1、可调旋转半径组件2、联动调整组件3和喷枪快速对接组件4，可调旋转半径组件2用于调整喷枪的喷涂半径，可调动平衡组件1用于保证喷枪在旋转过程中保持动平衡，联动调整组件3用于对可调动平衡组件1和可调旋转半径组件2进行同步调节，喷枪快速对接组件4用于安装喷枪组件。下面对各个部分进行详细介绍。
可调动平衡组件1包括固定盘11、固定导轨块12、从动导轨块13和限位块14。固定盘11用于将整个柔性快装转接体(含内孔喷枪组件)固定在现有旋转等离子喷涂设备的旋转联接组件上。
固定导轨块12与固定盘11可拆卸连接，从动导轨块13与固定盘11滑动连接。固定盘11的一侧开设有燕尾槽，固定导轨块12和从动导轨块13上均设置与燕尾槽配合的凸块。固定导轨块12通过紧固螺钉15与固定盘11连接，固定导轨块12的位置不变。从动导轨块13通过燕尾槽与固定盘11滑动连接，从动导轨块13能够沿燕尾槽的延伸方向直线滑动。当从动导轨块13滑动到适当位置后，通过压紧螺钉16将从动导轨块13与固定盘11锁紧。
固定盘11具有中心轴，固定导轨块12和从动导轨块13分别位于中心轴的两侧。初始时，固定导轨块12和从动导轨块13抵接，且固定导轨块12的内边缘和从动导轨块13的内边缘均位于中心轴处；调节时，从动导轨块13逐渐远离中心轴。
从动导轨块13的一侧开设行程限位槽131，槽内侧壁设置有刻度尺，用于确定从动导轨块13偏离中心轴的距离。限位块14的一端与固定盘11固定连接，限位块14的另一端位于行程限位槽131内，随着从动导轨块13沿固定盘11的径向移动，限位块14在行程限位槽131内的位置相对改变。从动导轨块13沿径向移动的行程，从其紧贴固定导轨块12开始(此时偏移距离为0mm)，到限位块14抵接在行程限位槽131的端部的内壁上为止。
在本实施例中，从动导轨块13材质为不锈钢，用于配重的调节；固定导轨块12材质为轻质铝合金。
可调旋转半径组件2包括导轨滑座21，导轨滑座21与可调动平衡组件1滑动连接。固定导轨块12远离固定盘11的一侧设置有燕尾槽，导轨滑座21上设置有与燕尾槽相配合的凸块，使得导轨滑座21与固定导轨块12滑动连接。当导轨滑座21滑动到适当位置后，将导轨滑座21与固定导轨块12通过压紧螺钉16固定，防止导轨滑座21移位。
导轨滑座21能够相对于固定导轨块12移动，导轨滑座21的移动方向与从动导轨块13的移动方向相反。导轨滑座21的移动行程从导轨滑座21与固定盘11同轴心开始(此时偏移距离为0mm)，沿固定盘11的径向移动。在固定导轨块12一侧设置有刻度尺，用于确定导轨滑座21移动的距离，该距离直接决定了喷枪的旋转半径。
导轨滑座21具有容置腔，容置腔内设置有多个第一接头22，喷枪快速对接组件4具有多个与第一接头22一一对应的第二接头42。在本实施例中，多个第一接头22包括两个水接头、两个电接头和至少三个气接头。这些接头的上端分别与喷涂设备上的旋转联接组件底部出来的出水口、回水口、阳极接口、阴极接口、等离子气接口、送粉气接口和冷却气接口通过软管和线缆对应柔性连接。并且，在固定盘11、从动导轨块13、固定导轨块12和导轨滑座21之间预留出足够的转接空间，以便于安装较长的连接软管和线缆，使导轨滑座21能够在较大的径向行程范围内灵活调整。其中，水接头和电接头在导轨滑座21处可以合并成水电一体接头。
多个第一接头22的下端均设置有两道密封圈，且第一接头22的底部为锥面，起到导向和密封作用，便于与喷枪快速对接组件4连接。
可调旋转半径组件2还包括用于打开或者关闭容置腔的两个锁紧环23，两个锁紧环23的一端与导轨滑座21转动连接，另一端通过锁紧杆25可拆卸连接。打开锁紧杆25，可以推动两个锁紧环23相对于导轨滑座21转动，进而打开容置腔，便于将多个第一接头22与多个第二接头42连接。
导轨滑座21的一侧设置有护套24，护套24包括两个平行间隔设置的转轴，每个锁紧环23与一个转轴转动连接，两个锁紧环23分别位于护套24的两侧。
喷枪快速对接组件4包括喷枪座41，第二接头42设置于喷枪座41上，喷枪座41与锁紧环23可拆卸连接。两个锁紧环23的内壁上均设置有凸起，喷枪座41的外表面设置有能够与凸起卡接的凹槽。当两个锁紧环23打开时，将喷枪座41置于容置腔内，将两个锁紧环23关闭，使得凸起与凹槽配合，通过锁紧杆25将两个锁紧环23锁紧。
喷枪快速对接组件4还包括喷枪固定法兰43，喷枪固定法兰43连接于喷枪座41远离锁紧环23的一端，用以牢固地抱紧喷枪，减小高速离心力作用下喷枪的径向移动。多个第二接头42包括两个水电转接头和至少三个气管转接头。第二接头42的一端与第一接头22连接，另一端通过弯折铜管44与喷枪管路固定焊接。喷枪座41的空腔内的间隙中灌注绝缘密封胶。
喷枪快速对接组件4和内孔喷枪为一体，对应于喷枪的一种型号。即在更换喷枪时，需要将喷枪快速对接组件4和内孔喷枪一体更换。在安装内孔喷枪时，将喷枪快速对接组件4的第二接头42和可调旋转半径组件2的第一接头22整体对接，并通过两道密封圈和相互接触的锥面进行电、水、气的可靠接触与密封。对接后，借助两个锁紧环23上的凸起和喷枪座41上的凹槽，将两个锁紧环23通过锁紧杆25相互牢固的扣合。
如根据实际需要更换喷枪时，只需将锁紧杆25及两个锁紧环23打开，将上一型号喷枪对中取下，按上述安装步骤换上另一型号喷枪(含对应的喷枪快速对接组件4)即可。整个更换过程操作简便，密封可靠，安装牢固。
联动调整组件3包括组合螺杆31，组合螺杆31能够带动从动导轨块13和导轨滑座21同步相向或者相背移动，实现对从动导轨块13和导轨滑座21的联动调节。图2中箭头所示的方向为从动导轨块13和导轨滑座21相背移动的方向。
组合螺杆31包括左旋螺杆311、右旋螺杆312和连接左旋螺杆311与右旋螺杆312的定位销313，左旋螺杆311与从动导轨块13螺纹连接，右旋螺杆312与导轨滑座21螺纹连接。
从动导轨块13上开设有左旋螺纹孔，左旋螺杆311与左旋螺纹孔螺纹连接，用以调整从动导轨块13的偏移距离。导轨滑座21上设置有定位耳，定位耳上开设有右旋螺纹孔，右旋螺杆312与右旋螺纹孔螺纹连接，用以调整导轨滑座21的偏移距离。
组合螺杆31与固定导轨块12转动连接。组合螺杆31的一端设置有深沟球轴承32和轴承盖33，深沟球轴承32和轴承盖33均套设在右旋螺杆312上。固定导轨块12上设置有轴承座，深沟球轴承32安装在轴承座内，通过轴承盖33限制轴承的轴向移动。这样组合螺杆31就只能绕自身轴线转动。
为保持喷枪在不同旋转半径处转动时的动平衡，用于配重的从动导轨块13需要联动调节至对应的偏移距离处。因此，相配合的左旋内/外螺纹和右旋内/外螺纹的螺距不同(螺杆转相同的圈数)，其具体的确定方法如下：
设固定导轨块12、枪体(含可调旋转半径组件2、喷枪快速对接组件4和内孔等离子喷枪)和从动导轨块13的质量分别为m1，m2和m3；三者质心相对于旋转中心的初始距离为r1，r2和r3。实现枪体与从动导轨块13联动的条件是以上三者的质心共面，且在枪体移动平面上。
已知从动导轨块13和导轨滑座21在各自初始位置处已经动平衡，则有：
初始位置动平衡：m1r1+m2r2＝m3r3
通过转动组合螺杆31N圈改变喷枪的旋转半径，使导轨滑座21的质心位置变化Δr2，对应的从动导轨块13联动位移变化Δr3，则有：
新的动平衡：m1r1+m2(r2+Δr2)＝m3(r3+Δr3)
整理后可得：h3＝(m2/m3)h2
其中，h3＝Δr3/N为左旋螺纹的螺距，h2＝Δr2/N为右旋螺纹的螺距。
使用时，从动导轨块13和导轨滑座21均相对于固定盘11的中心轴开始偏移，通过转动组合螺杆31即可使从动导轨块13和导轨滑座21同时相背运动。调整到位后，将从动导轨块13与固定盘11通过压紧螺钉16固定，导轨滑座21与固定导轨块12通过压紧螺钉16固定。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种用于旋转式内孔等离子喷涂的柔性快装转接体，用于连接喷枪组件和喷涂设备，其特征在于，包括：
可调动平衡组件(1)，包括固定盘(11)和从动导轨块(13)，所述从动导轨块(13)与所述固定盘(11)滑动连接；
可调旋转半径组件(2)，包括导轨滑座(21)，所述导轨滑座(21)与所述可调动平衡组件(1)滑动连接；
联动调整组件(3)，包括组合螺杆(31)，所述组合螺杆(31)能够带动所述从动导轨块(13)和所述导轨滑座(21)同步相向或者相背移动；
喷枪快速对接组件(4)，与所述可调旋转半径组件(2)可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述可调动平衡组件(1)还包括固定导轨块(12)，所述固定导轨块(12)与所述固定盘(11)可拆卸连接，所述导轨滑座(21)与所述固定导轨块(12)滑动连接，所述组合螺杆(31)与所述固定导轨块(12)转动连接。
3.根据权利要求1所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述可调动平衡组件(1)还包括限位块(14)，所述从动导轨块(13)上设置有行程限位槽(131)，所述限位块(14)的一端与所述固定盘(11)固定连接，另一端位于所述行程限位槽(131)内，所述限位块(14)能够与所述行程限位槽(131)的内壁抵接。
4.根据权利要求1所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述可调动平衡组件(1)还包括压紧螺钉(16)，所述压紧螺钉(16)用于固定所述从动导轨块(13)相对于所述固定盘(11)的位置。
5.根据权利要求1所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述导轨滑座(21)具有容置腔，所述容置腔内设置有多个第一接头(22)，所述喷枪快速对接组件(4)具有多个与所述第一接头(22)一一对应的第二接头(42)。
6.根据权利要求5所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述可调旋转半径组件(2)还包括用于打开或者关闭所述容置腔的两个锁紧环(23)，两个所述锁紧环(23)的一端与所述导轨滑座(21)转动连接，另一端通过锁紧杆(25)可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述导轨滑座(21)的一侧设置有护套(24)，所述护套(24)包括两个平行间隔设置的转轴，每个所述锁紧环(23)与一个所述转轴转动连接。
8.根据权利要求6所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述喷枪快速对接组件(4)包括喷枪座(41)，所述第二接头(42)设置于所述喷枪座(41)上，所述喷枪座(41)与所述锁紧环(23)可拆卸连接，所述第二接头(42)通过弯折铜管(44)与所述喷枪组件连接。
9.根据权利要求8所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述锁紧环(23)的内壁上设置有凸起，所述喷枪座(41)的外表面设置有能够与所述凸起卡接的凹槽。
10.根据权利要求1-9任一项所述的柔性快装转接体，其特征在于，所述组合螺杆(31)包括左旋螺杆(311)、右旋螺杆(312)和连接所述左旋螺杆(311)与所述右旋螺杆(312)的定位销(313)，所述左旋螺杆(311)与所述从动导轨块(13)螺纹连接，所述右旋螺杆(312)与所述导轨滑座(21)螺纹连接。
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