CN115625624B - 一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光整加工技术领域，具体为一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，该装置的动力学模型包括第一质体、第二质体、主振弹簧和隔振弹簧，铸造机匣通过限位夹具固定至第一质体上，第一质体位于第二质体之上，主振弹簧连接至第一质体和第二质体之间，第二质体通过隔振弹簧连接至地基，隔振弹簧包括水平隔振弹簧和竖直隔振弹簧，第二质体的两侧分别固定安装有同速反向转动的激振电机，两个激振电机关于第二质体的质心所在纵面对称，两个激振电机中设置有转动方向相反的偏心转子。所述装置能面向大型机匣复杂型腔表面全方位清理，能够有效去除铸造表面的粘砂、夹砂、氧化皮等缺陷，提高型腔表面完整性。
Description
技术领域
本发明属于光整加工技术领域，具体为一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置。
背景技术
目前，先进的涡轴/涡桨航空发动机主要采用铝/镁轻合金整体铸造的多型腔复杂机匣承担进气、储油、润滑、防尘防冰等功能，因此机匣内部分布有小孔径的进气管路、润滑油路及异形型腔，具有结构各异、尺寸悬殊、空间联通分布的特点，而铸造产生的型腔表面存在粘砂、夹砂、氧化皮等缺陷，严重影响航空发动机的服役性能及可靠性。传统的加工方法受限于加工工具的可达性难以实现型腔清理。廊坊市北方天宇机电技术有限公司提出一种通过机匣内腔预置磨块进行振动抛磨的多余物控制方法（CN 113070816 A）,但面对质量和体积越来越大的大型机匣存在设备振幅小、频率难以提高以及加工效率低的问题，同时单一装备面对的机匣型号较少，成套工艺成本较高，因此亟需一种适用范围广、抛磨效率高的新型工艺装备来实现大负载工况下的稳定振幅及频率，用以进行多种型号的大型机匣复杂型腔全方位清理，改善型腔表面完整性。
发明内容
本发明旨在解决现有机匣型腔清理装置和方法适用范围窄、抛磨效率低的技术问题，提供了一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置。
本发明解决该技术问题采用的技术手段是：一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，该装置的动力学模型包括第一质体、第二质体、主振弹簧和隔振弹簧，进气机匣通过限位夹具固定至第一质体上，第一质体位于第二质体之上，主振弹簧连接至第一质体和第二质体之间，第二质体通过隔振弹簧连接至地基，隔振弹簧包括水平隔振弹簧和竖直隔振弹簧，第二质体的两侧分别固定安装有同速反向转动的激振电机，两个激振电机关于第二质体的质心所在纵面对称，两个激振电机中设置有转动方向相反的偏心转子；其中，限位夹具及进气机匣构成的共同体的总质量为
，第一质体的质量为
，两个激振电机及其偏心转子、第二质体构成的共同体的总质量为
，激振电机的偏心转子的质量为
，偏心转子质心的偏心距为
，主振弹簧的刚度系数为
，主振弹簧的阻尼系数为
，
，竖直隔振弹簧的刚度系数为
，竖直隔振弹簧的阻尼系数为
，
，水平隔振弹簧的刚度系数为
，水平隔振弹簧的阻尼系数为
，两个激振电机的相位角分别为
和
，两个激振电机的质心与装置整体质心之间的夹角分别为
和
，所有部件构成的装置整体的摆角为
，所有部件构成的装置整体绕质心的转动惯量为
，重力加速度为
，两个激振电机及其偏心转子的转动惯量分别为
和
，两个激振电机输出轴的阻尼系数分别为
和
，两个激振电机的输出转矩分别为
和
；任意一个激振电机的质心距离装置整体质心的距离为
；
该装置的运动满足以下微分方程：
限位夹具、第一质体及进气机匣构成的共同体在y轴方向的运动满足：
两个激振电机及其偏心转子、第二质体构成的共同体在y轴方向的运动满足：
所有部件构成的整体在x轴方向的运动满足：
所有部件构成的整体的摆动满足：
两个激振电机的运动分别满足：
限位夹具、第一质体及进气机匣构成的共同体的振幅为：
两个激振电机及其偏心转子、第二质体构成的共同体的振幅为：
其中，
；
优选的，限位夹具包括位于水平方向的矩形限位框以及至少一根夹具压板，进气机匣位于矩形限位框内侧，夹具压板位于进气机匣的顶部，矩形限位框通过位于竖直方向的多根支撑柱与第一质体的顶部固定连接，夹具压板的两端固连至支撑柱顶部。
优选的，还包括尼龙垫板，尼龙垫板包括上垫板和下垫板，上垫板通过其上的凸台卡入并封堵进气机匣上部的内流道内圈，下垫板通过其上的凸台卡入并封堵进气机匣下部的内流道内圈，已垫设上垫板和下垫板的进气机匣通过限位夹具装夹固定至第一质体上。
优选的，主振弹簧包括轴线位于竖直方向的多个左旋弹簧和多个右旋弹簧，左旋弹簧和右旋弹簧交替均匀分布，且左旋弹簧和右旋弹簧的顶端和底端分别固连至第一质体的底部与第二质体的顶部上。
优选的，隔振弹簧通过底座固定至地基上，隔振弹簧为多个纵截面为马鞍形的橡胶减震块，橡胶减震块固连至第二质体与底座之间，底座通过多个地脚固定至地面上。
优选的，左旋弹簧和右旋弹簧的总数量为12~36个，橡胶减震块的数量为4~12个。
优选的，两个激振电机均配置有变频器且额定激振力范围为50kN~120kN，两个同型号激振电机的转速范围为600rpm~3000rpm；限位夹具、第一质体及进气机匣构成的共同体在y轴方向单向运动，即形成竖直单向振动，振动频率为10Hz~50Hz；两个激振电机及其偏心转子、第二质体构成的共同体在y轴方向的单向运动，即形成竖直单向振动，振动频率为10Hz~50Hz。
优选的，进气机匣中填充有抛磨介质和液体介质，抛磨介质的堆积体积为进气机匣的型腔体积的55%~75%，抛磨介质为钢质切丸，钢质切丸的表面有棱角且直径为1~2mm；液体介质体积为型腔体积的25%~45%。
优选的，第一质体为第一钢结构平台，第一钢结构平台的平面分布有用于连接支撑柱和主振弹簧的螺纹孔。
优选的，第二质体为第二钢结构平台，第二钢结构平台的上部与主振弹簧机械连接，第二钢结构平台的底部与橡胶减震块机械连接；第二钢结构平台的两侧分别与两个振动电机机械连接。
本发明的有益效果是：提供了一种新型的竖直单向振动双质体抛磨专用装置，所述装置能面向大型机匣复杂型腔表面全方位清理，利用所述装置能对质量在400kg~1000kg的多种型号大型机匣进行加工，可实现25Hz~50Hz之间的高频、大幅值稳定振动，有效提高抛磨效率，能够去除铸造表面的粘砂、夹砂、氧化皮等缺陷，改善型腔表面完整性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置的动力学原理模型。
图2为基于图1的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置的结构示意图。
图3为激振电机额定激振力90kN时第一钢结构平台振幅与弹簧总刚度和负载质量的关系示意图(频率40Hz)。
图4为激振电机额定激振力90kN时第二钢结构平台振幅与弹簧总刚度和负载质量的关系示意图(频率40Hz)。
图5为激振电机额定激振力90kN，弹簧总刚度为75kN/mm时第一钢结构平台与第二钢结构平台的振幅响应示意图(频率40Hz)。
图6为激振电机额定激振力120kN时第一钢结构平台振幅与弹簧总刚度和负载质量的关系示意图(频率40Hz)。
图7为激振电机额定激振力120kN时第二钢结构平台振幅与弹簧总刚度和负载质量的关系示意图(频率40Hz)。
图8为激振电机额定激振力120kN，弹簧总刚度为78.5kN/mm时第一钢结构平台与第二钢结构平台的振幅响应示意图(频率40Hz)。
图9为本发明具体实施例3的结构示意图。
图中：1、限位夹具；101、夹具压板；102、尼龙垫板；103、矩形限位框；104、支撑柱；2、第一质体；3、第二质体；4、偏心转子；5、激振电机；6、进气机匣；7、橡胶减震块；8、底座；9地脚；10、左旋弹簧；11、右旋弹簧；12、附件机匣。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，如图1所示，该装置的动力学模型包括第一质体2、第二质体3、主振弹簧和隔振弹簧，进气机匣通过限位夹具1固定至第一质体2上，第一质体2位于第二质体3之上，主振弹簧连接至第一质体2和第二质体3之间，第二质体3通过隔振弹簧连接至地基，隔振弹簧包括水平隔振弹簧和竖直隔振弹簧，第二质体3的两侧分别固定安装有同速反向转动的激振电机5，两个激振电机5关于第二质体3的质心所在纵面对称，两个激振电机5中设置有转动方向相反的偏心转子4；其中，限位夹具1及进气机匣6构成的共同体的总质量为
，第一质体2的质量为
，两个激振电机5及其偏心转子4、第二质体3构成的共同体的总质量为
，激振电机5的偏心转子4的质量为
，偏心转子4质心的偏心距为
，主振弹簧的刚度系数为
，主振弹簧的阻尼系数为
，
，竖直隔振弹簧的刚度系数为
，竖直隔振弹簧的阻尼系数为
，
，水平隔振弹簧的刚度系数为
，水平隔振弹簧的阻尼系数为
，两个激振电机5的相位角分别为
和
，两个激振电机5的质心与装置整体质心之间的夹角分别为
和
，所有部件构成的装置整体的摆角为
，所有部件构成的装置整体绕质心的转动惯量为
，重力加速度为
，两个激振电机5及其偏心转子的转动惯量分别为
和
，两个激振电机5输出轴的阻尼系数分别为
和
，两个激振电机5的输出转矩分别为
和
；任意一个激振电机5的质心距离装置整体质心的距离为
；
该装置的运动满足以下微分方程：
限位夹具1、第一质体2及进气机匣6构成的共同体在y轴方向的运动满足：
两个激振电机5及其偏心转子4、第二质体3构成的共同体在y轴方向的运动满足：
所有部件构成的整体在x轴方向的运动满足：
所有部件构成的整体的摆动满足：
两个激振电机5的运动分别满足：
限位夹具1、第一质体2及进气机匣6构成的共同体的振幅为：
两个激振电机5及其偏心转子4、第二质体3构成的共同体的振幅为：
其中，
其中，基于本领域的专业知识，应当可以理解的是弹簧同时存在刚度和阻尼，所以主振弹簧、水平隔振弹簧以及竖直隔振弹簧均存在刚度系数和阻尼系数。图1中动力学模型中的水平隔振弹簧及竖直隔振弹簧对应于图2中结构模型中的橡胶减震块7，且其刚度和阻尼随橡胶减震块7自身属性变化。
其中，激振电机5固连至第二质体3上。进气机匣6及限位夹具1固定至第一质体2上，共同作为振动负载，其总质量范围为400kg~1000kg。限位夹具1可与不同类型的进气机匣6配套设计，通过压紧、卡位等方式限制进气机匣6相对于第一质体2的六个自由度，进而实现固定装夹。其中，进气机匣6可以是质量较大的大型机匣，也可以是多个质量较小的小型机匣，所有小型机匣也同时固定在第一质体2上同时加工，利用多个专用的限位夹具1分别将多个小型机匣固定即可实现高效率、大批量抛磨。当加工单个小型机匣时可对第一质体2进行配重，以提高振幅。
进一步的，作为本发明实施例的某种具体实施方式，限位夹具1包括位于水平方向的矩形限位框103以及至少一根夹具压板101，进气机匣6位于矩形限位框103内侧，夹具压板101位于进气机匣6的顶部，矩形限位框103通过位于竖直方向的多根支撑柱104与第一质体2的顶部固定连接，夹具压板101的两端固连至支撑柱104顶部。
其中，限位夹具1的形状根据进气机匣6的形状设定，只要保证进气机匣6在装置整体振动时，能与装置整体保持相对静止即可。
矩形限位框103位于进气机匣6的外围，矩形限位框103通过多根支撑柱104支撑在第一质体2上，其中固连夹具压板101的支撑柱104分别位于进气机匣6的两侧，这样夹具压板101就能将进气机匣6压紧。支撑柱104的数量根据实际需要设定，比如在矩形限位框103的四个角上分别设置一根支撑柱104，然后再在矩形限位框103的其中两根相对的棱上分别连接两个支撑柱104，位于棱中间的支撑柱104用于固定夹具压板101，夹具压板101的数量为两根。夹具压板101连接至支撑柱104的顶部将进气机匣6限制在矩形限位框103、第一质体2以及夹具压板101围成的空间内。
进一步的，作为本发明实施例的某种具体实施方式，还包括尼龙垫板102，尼龙垫板102包括上垫板和下垫板，上垫板通过其上的凸台卡入并封堵进气机匣6上部的内流道内圈，下垫板通过其上的凸台卡入并封堵进气机匣6下部的内流道内圈，已垫设上垫板和下垫板的进气机匣通过限位夹具1夹装固定至第一质体2上。
其中，上垫板的凸台与进气机匣6上部的内流道内圈适配，下垫板的凸台与进气机匣6下部的内流道内圈适配；尼龙垫板102位于进气机匣6与限位夹具1或第一质体2之间，能防止进气机匣6被限位夹具1压损。限位夹具1与进气机匣6之间通过尼龙垫板102过渡，以防磕伤、压损机匣，尼龙垫板102还可替换为其他低模量材料制成的垫板；针对不同型号的进气机匣6可以调整尼龙垫板102的厚度以便于限位夹具1压紧被加工的进气机匣6。
进一步的，作为本发明实施例的某种具体实施方式，主振弹簧包括轴线位于竖直方向的多个左旋弹簧10和多个右旋弹簧11，左旋弹簧10和右旋弹簧11交替均匀分布，且左旋弹簧10和右旋弹簧11的顶端和底端分别固连至第一质体2的底部与第二质体3的顶部上。
其中，主振弹簧的弹簧总刚度是影响可加负载质量的主要因素，故主要通过调整主振弹簧整体的弹簧总刚度获得较大负载下的高频率大振幅。左旋弹簧10和右旋弹簧11均为圆柱形金属螺旋压缩弹簧，第一质体2的底部以及第二质体3的顶部分别与左旋弹簧10和右旋弹簧11通过螺栓连接。且左旋弹簧10和右旋弹簧11均匀分布至第一质体2和第二质体3之间，主要是为了保证第一质体2保持在水平位置。
进一步的，隔振弹簧通过底座8固定至地基上，隔振弹簧为多个纵截面为马鞍形的橡胶减震块7，橡胶减震块7固连至第二质体3与底座8之间，底座8通过多个地脚9固定至地面上。
其中，橡胶减震块7的纵截面形状为马鞍形，可以看作水平隔振弹簧和竖直隔振弹簧，具体地脚9的数量根据实际底座8的大小来确定，比如通过四个地脚9将底座8牢牢固定于地面上。
进一步的，左旋弹簧10和右旋弹簧11的总数量为12~36个，橡胶减震块7的数量为4~12个。
其中，左旋弹簧10和右旋弹簧11的数量相等，比如第一质体2与第二质体3之间左旋弹簧10、右旋弹簧11共28个，其中左旋弹簧10共14个，右旋弹簧11共14个。
进一步的，两个激振电机5均配置有变频器且额定激振力范围为50kN~120kN，两个激振电机5的转速范围为600rpm~3000rpm；限位夹具1、第一质体2及进气机匣6构成的共同体在y轴方向单向运动，即形成竖直单向振动，振动频率为10Hz~50Hz；两个激振电机5及其偏心转子、第二质体3构成的共同体在y轴方向的单向运动，即形成竖直单向振动，振动频率为10Hz~50Hz。
其中，由于该装置整体在x轴方向的运动微分方程等于0，所以限位夹具1、第一质体2及进气机匣6构成的共同体以及两个激振电机5及其偏心转子、第二质体3构成的共同体均为竖直单向振动，由于进气机匣6固定在第一质体2上，所以进气机匣6的振动频率同样为10Hz~50Hz，且振幅为1~4mm。
进一步的，进气机匣6中填充有抛磨介质和液体介质，抛磨介质的堆积体积为进气机匣6的型腔体积的55%~75%，抛磨介质为钢质切丸，钢质切丸的表面有棱角且直径为1~2mm；液体介质体积为型腔体积的25%~45%。
其中，抛磨过程中需要间断补充抛磨液；加工时振动频率为25~50Hz之间，依据抛磨效果多次变换进气机匣6的空间姿态。
进一步的，第一质体2为第一钢结构平台，第一钢结构平台的平面分布有用于连接支撑柱104或主振弹簧的螺纹孔。
进一步的，第二质体3为第二钢结构平台，第二钢结构平台的上部与主振弹簧机械连接，第二钢结构平台的底部与橡胶减震块7机械连接；第二钢结构平台的两侧分别与两个振动电机机械连接。
具体实施例1中，作为第一质体2的第一钢结构平台的总质量为785kg，作为第二质体3的第二钢结构平台、两个激振电机5以及主振弹簧的总质量为2110kg。两个二极激振电机5的额定转速为n=2900rpm，额定频率
=50Hz，单个激振电机5的额定激振力F=90kN，合计额定激振力为180kN。底座8与第二钢结构平台之间分布有8个橡胶减震块7，竖直方向的总刚度为6.3kN/mm，总阻尼为18.3
。当输入电源频率为
=40Hz时，激振电机5的转速为
=2320rpm，此时作用到第二钢结构平台的激振力峰值为
=115.2kN。依据公式可得不同左旋弹簧10和右旋弹簧11的总刚度下第一钢结构平台的振幅即进气机匣6的振幅与负载质量(尼龙垫板102、限位夹具1、进气机匣6及其内部抛磨介质的总质量)的关系如图3所示；依据公式可得不同弹簧总刚度下第二钢结构平台的振幅与负载质量的关系如图4所示。第二钢结构平台的振幅决定了弹簧总刚度的选择范围，出于机器运行稳定的考虑，第二钢结构平台在负载范围内的振幅变化不能超过0.8mm，根据图4可得弹簧总刚度的有效范围为75~95kN/mm。根据图3可知第一钢结构平台的振幅与弹簧总刚度成反比，与负载质量成反比。弹簧总刚度为75kN/mm时，第一钢结构平台与第二钢结构平台之间左旋弹簧10、右旋弹簧11共28个，其中左旋弹簧10共14个，右旋弹簧11共14个。负载质量400kg~1000kg范围内第一钢结构平台振幅即作用到进气机匣6的振幅最小为1.47mm，最大振幅可达到2mm，如图5所示。竖直双质体振动抛磨专用装置的优势在于同等条件下能达到远大于竖直单质体的振动频率，同时在极大负载工况下能达到比较合适的振幅。
具体实施例2中，第一钢结构平台的总质量为785kg，第二钢结构平台、两个激振电机5以及主振弹簧的总质量为2268kg。两个二极激振电机5的额定转速为n=2900rpm，额定频率
=50Hz，单个激振电机5的额定激振力F=120kN，合计额定激振力为240kN。底座8与第二钢结构平台之间分布有8个橡胶减震块7，竖直方向的总刚度为6.3kN/mm，总阻尼为18.3
。当输入电源频率为
=40Hz时，激振电机5的转速为
=2320rpm，此时作用到第二钢结构平台的激振力峰值为
=153.6kN。依据公式可得不同左旋弹簧10和右旋弹簧11的总刚度下第一钢结构平台的振幅即进气机匣6的振幅与负载质量(尼龙垫板102、限位夹具1、进气机匣6及其内部抛磨介质的总质量)的关系如图6所示；依据公式可得不同弹簧总刚度下第二钢结构平台的振幅与负载质量的关系如图7所示。第二钢结构平台的振幅决定了弹簧总刚度的选择范围，出于机器运行稳定的考虑，第二钢结构平台在负载范围内的振幅变化不能超过0.8mm，根据图7可得弹簧总刚度的有效范围为78.5~95kN/mm。根据图6可知第一钢结构平台的振幅与弹簧总刚度成反比，与负载质量成反比。弹簧总刚度为78.5kN/mm时，第一钢结构平台与第二钢结构平台之间左旋弹簧10、右旋弹簧11共30个，其中左旋弹簧10共15个，右旋弹簧11共15个。负载质量400kg~1000kg范围内第一钢结构平台振幅即作用到进气机匣6的振幅为最小为1.83mm，最大振幅可达到2.5mm，如图8所示。竖直双质体振动抛磨专用装备的优势在于同等条件下直接提高激振电机5的激振力不会造成振动系统失稳。
具体实施例3中，基于竖直双质体振动抛磨专业装备的大负载特点，可以同时加工负载范围内的多个机匣，如图9所示。相较于进气机匣6，附件机匣12体积较小，型腔容积较小，总的质量较小，通过附件机匣12专用的限位夹具1及附件机匣12的尼龙垫板102将4个附件机匣12固定于第一钢结构平台上，启动抛磨专用装备，同时进行4件附件机匣12的加工，满足高效率、大批量加工的工程需求。
本发明所述一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置面向大型的进气机匣6复杂型腔全方位清理的使用方法为：
S1、根据进气机匣6的三维模型分解出型腔的构形，依据“分腔封闭、独立抛磨”的原则将各个型腔相对封闭，建立独立型腔模型，利用三维软件计算获得各个封闭型腔的体积V；
S2、依据三维模型将进气机匣6的各个型腔的进/出口利用软质多孔材料如泡沫等进行封闭，并依据S1中计算获得的封闭型腔体积V向进气机匣6的型腔内填充抛磨介质，填充介质的堆积体积为型腔体积的55%~75%，抛磨介质为钢质切丸，钢丸表面有棱角，利于磨削，钢丸直径为1~2mm；
S3、通过限位夹具1将型腔填充抛磨介质的进气机匣6固定到第一钢结构平台上，并利用注射器通过泡沫封闭材料将定量抛磨液注入型腔，液体介质体积为型腔体积的25%~45%；打开两个激振电机5，进气机匣6将在第一钢结构平台的带动下做正弦振动，稳态振动频率在25Hz~50Hz之间，依据参振质量的不同稳态振幅将维持在1~4mm之间，抛磨介质及抛磨液将在振动的作用下持续对型腔表面产生碰撞、滚压、划擦作用，从而去除型腔表面的粘砂、夹砂、氧化皮等多余物；
S4、由于多孔泡沫材料的孔隙较大，磨液及磨屑的混合物将从封闭口持续排出，观察排出液体的浑浊程度，适时补充抛磨液，间隔时间约15~35min；
S5、由于制造及装配工艺的误差以及弹簧之间难以保证完全一致的参数，第一钢结构平台的振动并非绝对竖直方向，台面并非绝对水平，因此，每隔15~35min将进气机匣6绕y轴旋转45°或90°，再重复工序S3~S4；
S6、由于重力的影响，介质抛磨型腔的上下面的效果存在差异，故在重复S3~S4工序8次或4次之后将进气机匣6绕x轴翻转180°之后重复工序S3~S5；
S7、抛磨过程中，实时检查排出抛磨液的浑浊程度，待抛磨液由黑褐色变为银灰色时，可停止加工；若依旧是黑褐色可再次重复工序S3~S6；抛磨完成后，排出抛磨介质，采用内窥镜检查型腔表面是否完全去除粘砂、夹砂、氧化皮等缺陷，最终可以看到型腔表面已完全去除粘砂、夹砂、氧化皮等缺陷。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，其特征在于，该装置的动力学模型包括第一质体(2)、第二质体(3)、主振弹簧和隔振弹簧，进气机匣(6)通过限位夹具(1)固定至第一质体(2)上，第一质体(2)位于第二质体(3)之上，主振弹簧连接至第一质体(2)和第二质体(3)之间，主振弹簧包括轴线位于竖直方向的多个左旋弹簧(10)和多个右旋弹簧(11)，左旋弹簧(10)和右旋弹簧(11)交替均匀分布，且左旋弹簧(10)和右旋弹簧(11)的顶端和底端分别固连至第一质体(2)的底部与第二质体(3)的顶部上；第二质体(3)通过隔振弹簧连接至地基，隔振弹簧通过底座(8)固定至地基上，隔振弹簧为多个纵截面为马鞍形的橡胶减震块(7)，橡胶减震块(7)固连至第二质体(3)与底座(8)之间，底座(8)通过多个地脚(9)固定至地面上；隔振弹簧包括水平隔振弹簧和竖直隔振弹簧，第二质体(3)的两侧分别固定安装有同速反向转动的激振电机(5)，两个激振电机(5)关于第二质体(3)的质心所在纵面对称，两个激振电机(5)中设置有转动方向相反的偏心转子(4)，进气机匣(6)中填充有抛磨介质和液体介质；其中，限位夹具(1)及进气机匣(6)构成的共同体的总质量为M0，第一质体(2)的质量为M1，限位夹具(1)、第一质体(2)及进气机匣(6)构成的共同体在y轴方向单向运动，即形成竖直单向振动；两个激振电机(5)及其偏心转子(4)、第二质体(3)构成的共同体的总质量为M2，两个激振电机(5)及其偏心转子(4)、第二质体(3)构成的共同体在y轴方向的单向运动，即形成竖直单向振动，激振电机(5)的偏心转子(4)的质量为m，偏心转子(4)质心的偏心距为r，主振弹簧的刚度系数为k1，主振弹簧的阻尼系数为c1，
竖直隔振弹簧的刚度系数为k2，竖直隔振弹簧的阻尼系数为c2，
水平隔振弹簧的刚度系数为kx，水平隔振弹簧的阻尼系数为cx，两个激振电机(5)的相位角分别为
和
两个激振电机(5)的质心与装置整体质心之间的夹角分别为β1和β2，所有部件构成的装置整体的摆角为ψ，所有部件构成的装置整体绕质心的转动惯量为J，重力加速度为g，两个激振电机(5)及其偏心转子的转动惯量分别为J1和J2，两个激振电机(5)输出轴的阻尼系数分别为fx和f2，两个激振电机(5)的输出转矩分别为Te1和Te2；任意一个激振电机(5)的质心距离装置整体质心的距离为l；
该装置的运动满足以下微分方程：
限位夹具(1)、第一质体(2)及进气机匣(6)构成的共同体在y轴方向的运动满足：
两个激振电机(5)及其偏心转子(4)、第二质体(3)构成的共同体在y轴方向的运动满足：
所有部件构成的整体在x轴方向的运动满足：
所有部件构成的整体的摆动满足：
两个激振电机(5)的运动分别满足：
限位夹具(1)、第一质体(2)及进气机匣(6)构成的共同体的振幅为：
两个激振电机(5)及其偏心转子(4)、第二质体(3)构成的共同体的振幅为：
其中，
2.根据权利要求1所述的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，其特征在于，限位夹具(1)包括位于水平方向的矩形限位框(103)以及至少一根夹具压板(101)，进气机匣(6)位于矩形限位框(103)内侧，夹具压板(101)位于进气机匣(6)的顶部，矩形限位框(103)通过位于竖直方向的多根支撑柱(104)与第一质体(2)的顶部固定连接，夹具压板(101)的两端固连至支撑柱(104)顶部。
3.根据权利要求2所述的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，其特征在于，还包括尼龙垫板(102)，尼龙垫板(102)包括上垫板和下垫板，上垫板通过其上的凸台卡入并封堵进气机匣(6)上部的内流道内圈，下垫板通过其上的凸台卡入并封堵进气机匣(6)下部的内流道内圈，已垫设上垫板和下垫板的进气机匣通过限位夹具(1)装夹固定至第一质体(2)上。
4.根据权利要求3所述的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，其特征在于，左旋弹簧(10)和右旋弹簧(11)的总数量为12～36个，橡胶减震块(7)的数量为4～12个。
5.根据权利要求4所述的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，其特征在于，两个同型号激振电机(5)均配置有变频器且额定激振力范围为50kN～120kN，两个激振电机(5)的转速范围为600rpm～3000rpm；限位夹具(1)、第一质体(2)及进气机匣(6)构成的共同体的振动频率为10Hz～50Hz；两个激振电机(5)及其偏心转子(4)、第二质体(3)构成的共同体的振动频率为10Hz～50Hz。
6.根据权利要求5所述的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，其特征在于，抛磨介质的堆积体积为进气机匣(6)的型腔体积的55％～75％，抛磨介质为钢质切丸，钢质切丸的表面有棱角且直径为1～2mm；液体介质体积为型腔体积的25％～45％。
7.根据权利要求6所述的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，其特征在于，第一质体(2)为第一钢结构平台，第一钢结构平台的平面分布有用于连接支撑柱(104)和主振弹簧的螺纹孔。
8.根据权利要求7所述的一种用于清理铸造机匣复杂型腔的装置，其特征在于，第二质体(3)为第二钢结构平台，第二钢结构平台的上部与主振弹簧机械连接，第二钢结构平台的底部与橡胶减震块(7)机械连接；第二钢结构平台的两侧分别与两个振动电机机械连接。
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