[发明专利]多输入输出口磨粒流湍流加工装置

说明书

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的方法及装置。

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，此方法虽然可以实现更好的加工效果，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，另一方面，磨粒流从入射口进入流道，遇到阻力后流动速度逐渐减低，抛光效果变差，靠近入射口处人工关节的表面抛光效果优于出射口处，因此难以实现均匀的表面抛光效果。

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、精度高的多输入输出口磨粒流湍流加工装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

多输入输出口磨粒流湍流加工装置，包含约束构件、电控阀门柜、磨粒流循环系统。

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，所述约束构件上设有多组磨粒流出入口，所述磨粒流出入口与仿形流道相通，所述磨粒流出入口分别通过管道连接电控阀门柜，所述电控阀门柜内设有控制阀门开关和转换的电控元件，所述电控阀门柜连接磨粒流循环系统。

    进一步，所述约束构件两端至少设有一组磨粒流出入口，所述人工关节表面拐点和奇点处至少设有一个磨粒流出入口。

    进一步，所述磨粒流循环系统由磨粒流搅拌存储器、隔膜泵、连接管组成，所述磨粒流搅拌存储器、隔膜泵、电控阀门柜通过连接管串联，所述隔膜泵与电控阀门柜磨粒流入口相连，所述磨粒流搅拌存储器与电控阀门柜磨粒流出口相连。

    进一步，所述电控阀门柜为高频液压阀，所述高频液压阀可控制阀门流量大小。

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、约束构件上设有多组磨粒流出入口，将复杂曲面分段加工，避免了磨粒流在曲面拐点或奇点处受到阻力而造成抛光不均匀的情况。3、通过电控阀门柜可实现任意磨粒流出入口转化和流量控制，从而实现全方位立体式加工，使得工件加工质量和效率大幅提升。4、磨粒流循环系统可实现研磨液的循环利用，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是本发明的人工关节仿形流道剖面示意图。

图3是本发明的电控阀原理示意图。

 

具体实施方式

结合图1~2，多输入输出口磨粒流湍流加工装置，包含约束构件1、电控阀门柜3、磨粒流循环系统，所述电控阀门柜上设有多组接口，所述磨粒流循环系统包括磨粒流搅拌存储器4、隔膜泵6、连接管5。

约束构件1套装在人工关节7外，约束构件1内表面与人工关节7外表面间形成厚度均匀的仿形流道8，约束构件1上设有多组磨粒流出入口9，磨粒流出入口9与仿形流道8相通，磨粒流出入口9分别通过管道2连接电控阀门柜3上的接口。