CN115816280B - 一种波导管磨粒流抛光工装及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波导管磨粒流抛光工装及其设计方法，包括波导管与压料缸，还包括有底座，芯模与上盖，波导管包括矩形导波段与若干球形导波段，波导管垂直卡接在底座与上盖之间，压料缸设置在上盖上，且其出口处通过上盖与波导管连通，芯模包括左模，右模，方形芯轴与套环，左模及右模均包括有若干依次连接的半球模，在半球模的中轴线处设置有半圆管，左模及右模对接合拢，方形芯轴穿插在合拢的半圆管内，套环套设在合拢的半圆管两端，方形芯轴两端分别与底座及上盖活动连接。拆分后芯模在波导管内合拢对接，避免芯模的半球模直径过大不能穿过矩形导波段，减小与球形导波段内球面之间的间隙，获取更多的球形导波段去除量，提高内壁抛光一致性。

Description

一种波导管磨粒流抛光工装及其设计方法

技术领域

本发明涉及波导管加工技术领域，特别是涉及一种波导管磨粒流抛光工装及其设计方法。

背景技术

波导管用来传送超高频电磁波，通过它脉冲信号可以以极小的损耗被传送到目的地，是一种空心的、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子；波导管内径的大小因所传输信号的波长而异。磨粒流加工是一种新型抛光工艺技术，其加工原理是利用具有流动性的粘弹性磨料介质进行抛光，抛光时，磨粒流抛光设备两个相对的柱塞使位于料缸中的磨料介质以一定压力下流过被加工表面，对工件表面进行抛光和去毛刺，现如今磨粒流加工越来越广泛的应用于复杂内腔型面的波导管中。目前，球头波导管在进行磨粒流加工时，从矩形导波段到球形导波段，以及球形导波段之间，存在较多截面突然增大的区域，不利于磨粒流加工，解决手段是在波导管内插入与其形状比配的芯模。但是芯模通常会受到矩形导波段的尺寸限制，磨粒流对球形导波段的材料去除量不达标，出现欠抛现象，最终呈现两端矩形导波段去除量大，中间球形导波段去除量相对较小的抛光结果，导致波导管内壁一致性差的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种波导管磨粒流抛光工装及其设计方法。

一种波导管磨粒流抛光工装，包括波导管与压料缸，还包括有底座，芯模与上盖，所述波导管包括矩形导波段与若干球形导波段，两个矩形导波段设置在若干球形导波段的两端，且其中心轴线在同一直线上，并依次连通，所述波导管垂直卡接在底座与上盖之间，压料缸设置在上盖上，且其出口处通过上盖与波导管连通，所述芯模包括左模，右模，方形芯轴与套环，所述左模及右模均包括有若干依次连接的半球模，在半球模的中轴线处设置有半圆管，左模及右模对接合拢，方形芯轴穿插在合拢的半圆管内，套环套设在合拢的半圆管两端，方形芯轴两端分别与底座及上盖活动连接，所述芯模活动安装在波导管内，若干所述半球模一一对应套装在球形导波段内。

优选的，所述方形芯轴上端通过密封轴承与上盖活动连接，所述方形芯轴下端设置有齿轮盘。

优选的，所述半球模的球面上设置有磨砂纹路。

优选的，所述底座与上盖相邻的一侧均设置有限位槽，所述限位槽与所述矩形导波段边部卡接。

优选的，所述套环背离球形导波段的一端外侧设置为斜切面。

一种波导管磨粒流抛光工装的设计方法，包括以下步骤，

S1，测量获取波导管的球形导波段的外径d以及壁厚x，矩形导波段的长侧边内径长度为a,短侧边内径长度为b，设计制造形状与波导管形状匹配的芯模，计算确定芯模的半球模直径为d1，且b<d1<a；

S2，计算获取球形导波段与半球模之间的间隙面积Sx，以及矩形导波段的横截面积Sy；

S3，在压料缸内注入的磨粒用量为Q，设置入口压力为P，出口为一个标准大气压，磨粒抛光时间为T，计算磨粒通过矩形导波段时的磨粒流速V2=Q/（Sy*T）,球形导波段的磨粒流速V1= Q/（Sx*T）；

S4，计算获取球形导波段与矩形导波段的材料去除率m1与m2，所述；所述，若m1与m2的差值小于所设阈值X，则对波导管进行磨粒流循环加工；

k为比例常数；

p1、p2为波导管内局部磨粒流体对壁法向压力。

优选的，所述S1，所述d1=d/2-x-y；

y为波导管内球面与半球模球面间距值。

优选的，所述S2， ,Sy=a*b。

优选的，所述S4，所述磨粒流循环加工是将波导管上下颠倒后进行二次磨粒流加工。

优选的，所述阈值X是30，所述y是1~4mm。

本发明的有益之处在于：设计可分模的芯模，拆分后芯模在波导管内合拢对接，可避免芯模的半球模直径过大不能穿过矩形导波段，进而减小与球形导波段内球面之间的间隙，获取更多的球形导波段去除量，提高波导管内壁抛光的一致性。

附图说明

图1为其中一实施例一种波导管磨粒流抛光工装立体示意图；

图2为波导管立体示意图；

图3为一种波导管磨粒流抛光工装结构示意图；

图4为芯模结构示意图。

实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1~4所示，一种波导管磨粒流抛光工装，包括波导管100与压料缸200，将磨粒注入压料缸200内，通过压力缸200对磨粒施加一定压力，使其高速通过波导管100，完成磨粒流加工。本技术方案中，使用的磨粒为碳化硅，磨粒极细，且运动方向又不断的改变，所以可使被研磨的波导管100内表面获得极高的表面粗糙度。

进一步的，还包括有底座1，芯模2与上盖3，芯模2插入波导管100内，且形状与波导管100匹配。本技术方案中，所述波导管100包括矩形导波段101与若干球形导波段102，两个矩形导波段101设置在若干球形导波段102的两端，且其中心轴线在同一直线上，并依次连通，所述波导管100垂直卡接在底座1与上盖3之间，压料缸200设置在上盖3上，且其出口处通过上盖3与波导管100连通。

波导管100上端与压力缸200连通，下端与底座1连通，即可视为下端是与外界连通，内部为一个标准大气压。当压料缸200出口处的阀门打开后，其内的磨粒受到一个垂直向下的压力P挤压，从上往下穿过上盖3进入波导管100内，并从底座1流出，磨粒流从芯模2与波导管100内壁之间的间隙流过，即可对波导管100的内壁进行抛光作业。本技术方案中，在波导管100内设置有与其形状匹配的芯模2，所述芯模2包括左模21，右模22，方形芯轴23与套环24，所述左模21及右模22均包括有若干依次连接的半球模211与半圆管212，半圆管212贯穿若干半球模211，将半球模211依次串联在一起。可知的，两端的矩形导波段101横截面是方孔状，中部的球形导波段102横截面是圆孔状的，本申请中两端的矩形导波段101方孔作为输入及输出端耦合，球形导波段102的圆孔作为球模谐振腔，当球形导波段102的内径大于矩形导波段101短侧边内径时，为了能够将形状与其波导管100匹配的芯模插入其内，现有的处理方式是将芯模2对应球形导波段102的球模设计为小于矩形导波段101短侧边内径，才能将芯模2插入其内，这种设计使得半球模211与球形导波段102之间的间隙增大，通过设置具有不同芯模球模直径的仿真分析，我们发现在波导管100内无芯模时，靠近波导管100中轴线位置的磨粒流速远远大于靠近波导管100内壁面的流速，大部分磨粒直接快速流走，不利于对球形导波段102内球面材料去除。设置芯模2后，根据伯努利方程，可降低磨粒在球形导波段102内球面的过流截面，降低流经波导管100的磨粒的平均流速，但增大了在球形导波段102内的流速，提高对应部位材料去除量，因此技术人员推算，芯模2直径越大，波导管100内抛光一致性就越好。为了获得更大的球形导波段102内的磨粒流速，不仅可以获取波段管100中间的球形导波段102的更大的材料去除量，更有利于解决球形导波段102内球面欠抛，以及矩形导波段101与球形导波段102材料去除量不一致的问题。

可以理解的，本申请设计的芯模半球模211直径是小于球形导波段102内径的，且半球模211的直径大于矩形导波段101的短侧边长度，且小于矩形导波段101的长侧边长度。使用时，首先将左模21或者右模22单独插入波导管100内，再在波导管100内将左模21及右模22对接合拢，所述半球模211一一对应套装在球形导波段102内，每个半球模211的球面与球形导波段102的内球面之间的间距等距。两个半圆管212对接后，将方形芯轴23穿插卡接在合拢的半圆管212内，为了防止左模21及右模22分离开来，使用套环24套设在合拢的半圆管212两端，将左模21及右模22锁紧一起，防止合拢错位。再将方形芯轴23突出波导管100的两端分别与底座1及上盖3活动连接，具体是通过轴承与底座1及上盖3活动连接，当磨粒流从压力缸200内加压冲刷在芯模2上时，因为芯模2活动安装在底座1与上盖3之间，芯模2可以在磨粒流冲刷作用下，被动的在波导管100内旋转，在波导管100内的磨粒流流动状态更加无序，使得磨粒流在波导管100内的行程延长，避免磨粒流形成层流，在波导管100内表面沿流向方向形成层流纹理，导致波导管100内表面精密加工精度降低。

如图1~4所示，所述方形芯轴23上端通过密封轴承与上盖3活动连接，所述方形芯轴23下端设置有齿轮盘231。具体的，利用皮带或者铰链等连接件，连接齿轮盘231与电机输出端，使用电机带动方形芯轴23转动，进而带动芯模2在波导管100内主动转动，使得流经波导管100的磨粒流更加无序化，避免波导管100内壁出现沿着磨粒流流向的条理纹路。

具体的，所述半球模211的球面上设置有磨砂纹路，可增大与磨粒流之间的摩擦力。

如图3所示，所述底座1与上盖3相邻的一侧均设置有限位槽11，所述限位槽11与所述矩形导波段101边部卡接，在波导管100与限位槽11抵接处设置密封圈密封，防止磨料流经时泄漏出去。

如图3~4所示，套环24背离球形导波段102的一端外侧设置为斜切面，使得套环24横截面呈梯形喇叭状，磨粒流从压料缸200进入波导管100后，直接冲刷在套环24上，套环24的斜切面可以使得输入的磨粒流有一个较小的朝波导管100内壁一侧的变向，使得磨粒流体状态稳定，并减小对球形导波段102的冲击。

一种波导管磨粒流抛光工装的设计方法，包括以下步骤，

S1，测量获取波导管100的球形导波段102的外径d以及壁厚x，矩形导波段101的长侧边内径长度为a,短侧边内径长度为b，设计制造形状与波导管100形状匹配的芯模2，计算确定芯模2的半球模211直径为d1，且b<d1<a。具体的，根据波导管100的形状开模制造芯模2，例如，本技术方案中波导管100的球形导波段102的球体为三个，对应的，芯模2上的半球模211数量为三个，一一对应匹配。使用卡尺等测量工具测量球形导波段102的外径d，以及其壁厚x，计算获得芯模2的半球模211直径为d1，具体将d1的范围限定在矩形导波段101的长侧边内径长度为a及短侧边内径长度为b之间，才能将芯模2插入波导管100内。

S2，计算获取球形导波段102与半球模211之间的间隙面积Sx，以及矩形导波段101的横截面积Sy。具体的，利用间隙面积Sx以及横截面积Sy，即可通过流体仿真模型来计算经过矩形导波段101及球形导波段102时的磨粒流速。

S3，在压料缸200内注入的磨粒用量为Q，磨粒流进入波导管100时的入口压力为P，磨粒流从波导管100流出的出口为一个标准大气压，磨粒抛光时间为T，计算磨粒通过矩形导波段101时的磨粒流速V2=Q/（Sy*T），球形导波段102的磨粒流速V1= Q/（Sx*T）；

S4，计算获取球形导波段102与矩形导波段101的材料去除率m1与m2，所述；所述 ，若m1与m2的差值小于所设阈值X，则对波导管进行磨粒流循环加工。可知m1与m2之间的差值由pV值来确定，其中p是一个根据入口压力P的大小变化的动态参数，若pV值差距小于阈值X，则表明矩形导波段101与球形导波段102的抛光一致性好。本实施例中，将阈值X的数值设定为30。

k为比例常数；

p1、p2为波导管内局部磨粒流体对壁法向压力，无芯模时，波导管内部压力基本不变，压差很小，设置芯模2后，会有一个压力梯度变化，安装压力传感器测得流过矩形导波段101及球形导波段102处时的流体压力。

随着芯模2的半球模211直径的增大，两端的矩形导波段101材料去除量减少，而球形导波段102材料去除量增大，使得矩形导波段101与球形导波段102的材料去除量差值小于阈值X，进而解决了中间球形导波段102去除量相对较小的问题，使得波导管100内部壁面一致性更好。

具体的，计算d1=d/2-x-y，y为波导管内球面与半球模球面间距值。

具体的，所述S2， ,Sy=a*b。

具体的，所述S4，所述磨粒流循环加工是将波导管上下颠倒后进行二次磨粒流加工，以提高波导管100两端矩形导波段101内壁抛光的一致性。

具体的，所述阈值X是30，所述y是1~4mm。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种波导管磨粒流抛光工装，包括波导管与压料缸，其特征在于：还包括有底座，芯模与上盖，所述波导管包括矩形导波段与若干球形导波段，两个矩形导波段设置在若干球形导波段的两端，且其中心轴线在同一直线上，并依次连通，所述波导管垂直卡接在底座与上盖之间，压料缸设置在上盖上，且其出口处通过上盖与波导管连通，所述芯模包括左模，右模，方形芯轴与套环，所述左模及右模均包括有若干依次连接的半球模，在半球模的中轴线处设置有半圆管，左模及右模对接合拢，方形芯轴穿插在合拢的半圆管内，套环套设在合拢的半圆管两端，方形芯轴两端分别与底座及上盖活动连接，所述芯模活动安装在波导管内，若干所述半球模一一对应套装在球形导波段内，所述方形芯轴上端通过密封轴承与上盖活动连接，所述方形芯轴下端设置有齿轮盘，并使用电机通过齿轮盘带动方形芯轴旋转，所述半球模的球面上设置有磨砂纹路，所述套环背离球形导波段的一端外侧设置为斜切面。

2.如权利要求1所述的一种波导管磨粒流抛光工装，其特征在于：所述底座与上盖相邻的一侧均设置有限位槽，所述限位槽与所述矩形导波段边部卡接。

3.如权利要求1所述的一种波导管磨粒流抛光工装，其特征在于：测量获取所述波导管的球形导波段的外径d以及壁厚x，矩形导波段的长侧边内径长度为a,短侧边内径长度为b，设计制造形状与波导管形状匹配的芯模，计算确定芯模的半球模直径为d1，且b<d1<a。

Images