一种用于空心钛合金翼舵表面防护及清理的设备及方法与流程

1.本发明属于机械工程领域，涉及到一种用于空心钛合金翼舵超塑扩散表面防护及清理的设备及方法。


背景技术：

2.钛合金产品在高温成形过程中，表面优先吸附氧形成污染层，该污染层会降低钛合金的成形性能，缩短钛合金的使用寿命。在表面防护方面，主要采用手工喷涂硼硅酸盐玻璃的玻璃防护润滑材料，这种方法不但效率低下，而且难以控制涂层的质量。在表面污染层去除方面，常规碱崩酸洗工艺的制订实际上缺乏有效的数据支撑，去除污染层的方法无法满足大批量生产需求，同时该工艺产生的废水、废气会对操作人员以及环境造成一定的危害，生产极易因环保控制要求而造成停产限产问题；同时，钛合金翼舵外型面比较复杂，在无相应工装情况下，用相同的激光参数进行正反面清洗，其效果也会产生差异。
3.所以急需设计一种设备，提高空心钛合金翼舵超塑扩散成形前防护涂层喷涂以及成形后污染层去除的效率，目前，暂无与该设备相关的专利。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种用于空心钛合金翼舵超塑扩散表面防护及清理的设备及方法，在设备中对安装底座，定心及夹持装置和工作头夹持装置及移动平台的具体结构进行了设计，通过上述部件之间的灵活配合实现了提高了空心钛合金翼舵超塑扩散成形前防护涂层喷涂以及成形后污染层去除的效率。
5.为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种用于空心钛合金翼舵表面防护及清理的设备，包括安装底座，定心及夹持装置和工作头夹持装置及移动平台；
7.定心及夹持装置包括丝杠滑块，第一支撑架，第二支撑架，第一卡爪，第二卡爪，丝杠电机和卡爪电机；
8.所述丝杠滑块固定安装于安装底座上；第一支撑架和第二支撑架下端与丝杠滑块固定连接，丝杠电机驱动丝杠滑块带动第一支撑架和第二支撑架进行直线位移；
9.第一卡爪和第二卡爪分别设于第一支撑架和第二支撑架上端，卡爪电机驱动第一卡爪旋转，第二卡爪自由旋转；所述第一卡爪与第二卡爪的旋转轴与第一支撑架和第二支撑架的直线位移方向平行；
10.工作头夹持装置及移动平台支撑于工作台上且位于定心及夹持装置上方，包括工作头夹持装置和移动平台，所述移动平台带动工作头夹持装置实现三维方向的移动。
11.进一步的，所述第一卡爪和第二卡爪为由用滚轴连接的三段杆结构，用于卡住待处理空心钛合金翼舵产品的外轮廓；所述定心夹具固定安装于第一卡爪和第二卡爪上，用于夹紧待处理空心钛合金翼舵产品，所述第一卡爪或第二卡爪所设定心夹具的个数≥1；所述第一卡爪和第二卡爪用于初步卡住产品，定心夹具的夹紧方向与第一卡爪和第二卡爪的
卡住方向垂直，用于进一步固定待处理空心钛合金翼舵产品。
12.进一步的，所述定心夹具为肘节定心夹具；所述肘节定心夹具包括转轮，滑块，曲柄摇杆组件和夹持端头，所述转轮与滑块连接，2个曲柄摇杆组件的后端分别固定于滑块的上下表面，前端分别设有夹持端头，转轮带动滑块前后移动进而带动曲柄摇杆组件运动，使夹持端头上下运动；所述曲柄摇杆组件包括曲柄，摇杆和连杆，所述曲柄与滑块固定连接，连杆设有夹持端头，曲柄，摇杆和连杆之间铰接；所述夹持端头与待处理空心钛合金翼舵产品的接触位置位于曲柄摇杆组件运动的死点位置。
13.进一步的，所述定心夹具还包括曲柄连杆底板，转轮与螺杆连接，螺杆穿过滑块固定于曲柄连杆底板上，曲柄一端与滑块固定连接，另一端与摇杆中部铰接，摇杆一端与曲柄连杆底板连接，另一端与连杆铰接，连杆一端与曲柄连杆底板连接，另一端设有夹持端头。
14.上述描述中，以加持端头一端为前，以第一支撑架和第二支撑架相向运动的方向为前。
15.进一步的，所述安装底座包括底板和安装机构，所述底板通过安装机构安装于工作台上；
16.安装机构包括固定安装于工作台上的滑轨和安装于底板下表面的导向轮，导线轮带动底板沿滑轨运动实现底板从工作台上的拉出。
17.进一步的，所述底板下表面还设有支撑杆，实现底板拉出后的支撑；所述支撑杆通过万向轮与底板连接。
18.进一步的，所述工作头夹持装置及移动平台中的移动平台包括第一丝杠滑块模组，第二丝杠滑块模组和液压支撑杆；
19.所述工作头夹持装置及移动平台通过液压支撑杆支撑于安装底座上；
20.第一丝杠滑块模组和第二丝杠滑块模组相互垂直且平行于工作台。
21.进一步的，所述第一丝杠滑块模组设于第二丝杠滑块模组上方，且与第二丝杠滑块模组固定连接；
22.工作头夹持装置与第二丝杠滑块模组固定连接，带动工作头沿第二丝杠滑块模组轴向运动；第一丝杠滑块模组带动第二丝杠滑块模组沿第一丝杠滑块模组轴向整体移动。
23.一种用于空心钛合金翼舵表面防护及清理的方法，采用上述一种用于空心钛合金翼舵表面防护及清理的设备实现，包括以下步骤：
24.s1调节第一支撑架和第二支撑架之间距离；
25.s2利用卡爪电机驱动第一卡爪固定产品角度；
26.s3利用移动平台对工作头进行三维方向的调整，使其满足产品防护涂层喷涂或污染层去除的需求后，对产品进行防护涂层喷涂或污染层去除；
27.s4完成产品其中一面的防护涂层喷涂或污染层去除完毕后，利用卡爪电机驱动产品翻转；
28.s5重复步骤s3，对产品另一面进行防护涂层喷涂或污染层去除。
29.进一步的，步骤s3中，防护涂层喷涂过程所使用的的工作头为喷枪，污染层去除过程中所使用的工作头为激光器。
30.进一步的，步骤s3中，污染层去除的过程包括：
31.s31利用移动平台对工作头进行三维方向的调整，通过调节激光器参数，去除产品
所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
49.本发明针对空心钛合金翼舵超塑扩散表面提出了一种总体的防护及清理的设备，该设备结构如图1所示，由以下三部分组成：安装底座1，定心及夹持装置2和工作头夹持装置及移动平台3。安装底座1主要包括底板11、滑轨及导向轮12、支撑杆13，支撑杆13通过万向轮与底板11连接。底板11的主要作为定心及夹持装置2的安装平台，为了便于产品的夹持，将底板11设计成可拉出结构，使其通过滑轨和导向轮12的配合实现底板11从工作台上的拉出，同时为了防止底板11发生翻转，将其与可收放的支撑杆13相连，使底板11的底面作为一个支撑点。定心及夹持装置2主要包括丝杠滑块21、丝杠电机、第一支撑架221，第二支撑架222，第一卡爪231，第二卡爪232及和卡爪电机。所述卡爪电机为刹车电机。定心及夹持装置2主要用于产品的夹持以及翻转，利用丝杠电机驱动丝杠滑块，可调节支撑架至便于夹持的位置，可摆动的卡爪便于适应产品复杂的外轮廓以方便进行装夹，安装于卡爪上的肘节定心夹具可保证产品在翻转时中心层保持不变，工作时可由卡爪电机驱动产品进行翻转。工作头夹持装置及移动平台3主要包括两组相互垂直的丝杠滑块模组，分别是第一丝杠滑块模组31，第二丝杠滑块模组32，用于z向移动的液压支撑杆33(坐标系如图1所示)，工作头夹持装置34以及驱动用的电机。工作头夹持装置及移动平台3是主要工作部位，通过夹持涂料喷枪或者激光发射器可实现对工件不同的操作，两相互垂直的丝杠滑块模组可使工作头在平行于工作台的平面上进行移动，增大可工作区域，而液压支撑杆33则可使移动平台进行z方向的移动，便于调节工作参数，实现三自由度联动。
50.空心钛合金翼舵超塑扩散表面防护及清理的设备主要可用于以下两种情形，超塑扩散成形前防护涂层喷涂以及成形后污染层激光去除。这两种情形的操作方法相似，唯一的区别是使用的工作头不同，操作如下：通过电机调节支撑架距离，使其适合相应产品，然后将空心钛合金翼舵通过肘节定心夹具夹紧后，利用刹车电机可实现对产品角度的固定。在对产品的一面处理完成后，可利用电机使产品翻转，然后对另一面进行处理。
51.实施例1
52.本实例提供了一种空心钛合金翼舵超塑扩散表面防护及清理的设备，所实例的零件的材料为ta15钛合金，零件的外形尺寸为300mm
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200mm，最大厚度为6mm，如图2所示。
53.本发明一种空心钛合金翼舵超塑扩散表面防护及清理的设备根据空心钛合金翼舵超塑扩散表面防护及清理设备三维模型进行设计制作。该设备结构如图1所示，由以下三部分组成：安装底座1，定心及夹持装置2和工作头夹持装置及移动平台3。安装底座1仰视图如图3，主要包括底板11、滑轨及导向轮12、支撑杆13，支撑杆13通过万向轮与底板11连接。底板11的主要作为定心及夹持装置2的安装平台，设有多个安装孔，同时由于导向轮12和支撑杆13的存在，使底板11可从工作台中拉出，便于产品夹持。定心及夹持装置2如图4所示，主要包括丝杠滑块21、丝杠电机、第一支撑架221，第二支撑架222，第一卡爪231，第二卡爪232及和卡爪电机，所述卡爪电机为刹车电机。丝杠滑块21通过螺栓安装在底板11上，第一支撑架221和第二支撑架222分别利用螺栓安装于丝杠滑块21上。第一卡爪231和第二卡爪232通过轴分别安装于第一支撑架221和第二支撑架222上，第一支撑架221上的第一卡爪231用刹车电机驱动，用以定角度旋转，第二支撑架222上的卡爪为自由端，可随产品转动。为能保证对图2所示的产品进行紧固的夹持，卡爪是由用滚轴连接的三段杆组成，并在卡爪
上设置如图6所示的肘节定心夹具，该夹具配合卡爪可实现复杂形面工件的定位，所述肘节定心夹具包括转轮，滑块，曲柄摇杆组件和夹持端头，所述转轮与滑块连接，2个曲柄摇杆组件的后端分别固定于滑块的上下表面，前端分别设有夹持端头，转轮带动滑块前后移动进而带动曲柄摇杆组件运动，使夹持端头上下运动；所述曲柄摇杆组件包括曲柄，摇杆和连杆，所述曲柄与滑块固定连接，连杆设有夹持端头，曲柄，摇杆和连杆之间铰接；所述夹持端头与待处理空心钛合金翼舵产品的接触位置位于曲柄摇杆组件运动的死点位置。
54.工作头夹持装置及移动平台3如图5，主要包括两组相互垂直的丝杠滑块模组，分别是第一丝杠滑块模组31和第二丝杠滑块模组32，用于z向移动的液压支撑杆33、工作头夹持装置34以及驱动用的电机。工作头夹持装置及移动平台3是主要工作部位，通过夹持涂料喷枪或者激光发射器可实现对工件不同的操作，两相互垂直的丝杠滑块模组可使工作头在平行于工作台的平面上进行移动，增大可工作区域，而液压支撑杆33则可使平台进行z方向的移动，便于调节工作参数，实现三自由度联动。
55.本实例的具体方法步骤如下：
56.进行钛合金翼舵超塑扩散成形前防护涂层喷涂。通过电机调节第一支撑架221和第二支撑架222之间距离，使其适合相应产品，然后用肘节定心夹具夹紧，利用刹车电机驱动第一卡爪231可实现对产品角度的固定。将预先调配好的涂层悬浊液装入喷枪中，将喷枪安装于工作头夹持装置及移动平台3中的工作头加持装置中，在移动平台的驱动下，以合适的z向距离、恒定速度均匀的喷涂到待成形的产品表面，在对产品的一面处理完成后，可利用卡爪电机使产品翻转，然后对另一面进行处理。
57.进行钛合金翼舵超塑扩散成形后污染层去除。进行污染层的去除，就是要根据不同的成形工艺，在不损伤基体材料的情况下，制定不同的激光清洗策略。这首先需要通过大量的工艺实验来获取在不同工艺参属下污染层的厚度，以及在不同激光清洗参数下污染层的去除量。本实例拟用该设备分三步对钛合金翼舵超塑扩散表面进行清洗。第一次利用移动平台对工作头进行三维方向的调整，通过调节激光器参数，利用振动、剥蚀的原理，仅去除产品的全部氧化皮而不影响富氧层的去除；第二次利用移动平台对工作头进行三维方向的调整，根据生成富氧层的厚度，通过调节激光器参数，以烧蚀的方式，去除产品的五分之四以上富氧层；最后一次利用移动平台对工作头进行三维方向的调整，通过调节激光器参数，在不损伤基体材料的情况下，去除产品剩余的富氧层。
58.在激光清洗过程中，依旧采用相同的工装对钛合金翼舵进行夹持。由于激光参数中的离焦量会对清洗效果产生一定的影响，所以使用定心夹紧机构，在保证清洗效果的同时，提高清洗效率。
59.以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
60.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。