研磨喷丸装置以及研磨喷丸方法与流程

1.本发明涉及一种研磨喷丸装置以及研磨喷丸方法。


背景技术：

2.提出了对通过附加制造而制造的金属材料等试样的表面粗糙度进行改善的方法的方案(h.soyama和d.sanders，使用研磨水空化喷流和喷丸工艺来提高由电子束粉末床熔融(ebpb)增材制造方法所制造的钛合金6al-4v的疲劳强度，jom71(12)，4311-4318(2019)，以下为非专利文献1)。在非专利文献1的方法中，将试样固定在装有研磨材料和水的罐内。然后，从浸渍于罐内并朝向下方的喷嘴向试样喷射由柱塞泵加压了的水。由此，降低试样表面的残余应力。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种能够高效地执行金属表面处理方法的装置以及方法。
4.本发明的第一方面为，一种研磨喷丸装置，具有：
5.处理槽，所述处理槽贮存研磨粒子和喷丸液，将浸渍于所述喷丸液中的对象物设置于底部；
6.分配室，所述分配室在上表面具有多个凹陷，配置于所述底部，对所述喷丸液进行分配；
7.搅拌喷嘴，所述搅拌喷嘴在所述凹陷的中央分别沿铅垂方向朝上配置，与所述分配室连接，喷出所述喷丸液；
8.喷丸喷嘴，所述喷丸喷嘴浸渍于所述处理槽内，向所述对象物喷出所述喷丸液；以及
9.移动装置，所述移动装置使所述喷丸喷嘴相对于所述对象物相对地移动。
10.本发明的第二方面为，一种研磨喷丸方法，
11.将研磨粒子投入处理槽的内部，
12.从设置于在所述处理槽的下方均等地配置的搅拌喷嘴的内部的内部喷口喷出喷丸液，
13.将浮游在所述搅拌喷嘴的周围的凹陷的内部的所述研磨粒子和所述喷丸液的悬浊液吸入到所述搅拌喷嘴的内部，
14.将吸入的所述悬浊液从配置在所述搅拌喷嘴的上方的喷口吹向所述处理槽的内部，使所述研磨粒子浮游，
15.从浸渍于在所述处理槽中贮存的所述喷丸液中的喷丸喷嘴向设置于所述处理槽的底部的对象物的表面喷射所述喷丸液，
16.在喷射的所述喷丸液的流动中所附的所述研磨粒子与所述对象物碰撞而对所述对象物的表面进行研磨，
17.使由喷射的所述喷丸液产生的空泡与所述对象物碰撞，对所述对象物的表面赋予
残留应力。
18.喷丸液例如是水。喷丸液也可以是不含有表面活性剂，而含有防锈剂的水溶液。防锈剂例如为一级胺、二级胺、三级胺即胺化合物。
19.研磨粒子例如为氧化铝、石榴石。
20.从上方观察，凹陷配置为大致一样。从上方观察，凹陷例如配置为格子状。从上方观察，凹陷也可以配置于铺设了一片长度相等的正三角形时的三角形的顶点。
21.优选地，处理槽具有配置在处理槽的上方的扩大部。扩大部的水平截面积比处理槽的底部的水平截面积大。
22.处理槽内的喷丸液的上卷被障碍板抑制。处理槽内的喷丸液的向周向的流动被竖立障碍板抑制。研磨粒子随着喷丸液的流动而在处理槽内流动。空泡随着喷丸液的流动而在处理槽内流动。其结果是，障碍板、竖立障碍板抑制研磨粒子、空泡的上卷、环绕。
23.喷丸液从下方通过搅拌喷嘴被供给，从上方的溢流口排出。在喷丸液上升时，在设置于处理槽的上方的扩大部中，空塔速度减少，促进研磨粒子的沉降。
附图说明
24.图1是第一实施方式的研磨喷丸装置的纵截面图。
25.图2是图1的ii-ii面截面图。
26.图3是图1的iii部放大图。
27.图4是第一实施方式的喷丸喷嘴的纵截面图。
28.图5是第二实施方式的研磨喷丸装置的纵截面图。
29.图6是图5的vi-vi线截面图。
30.图7是图5的vii部放大图。
31.符号说明
[0032]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
喷丸液
[0033]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
研磨粒子
[0034]
10、100
ꢀꢀꢀꢀ
研磨喷丸装置
[0035]
11、111
ꢀꢀꢀꢀ
处理槽
[0036]
15、115
ꢀꢀꢀꢀ
分配室
[0037]
17、117
ꢀꢀꢀꢀ
凹陷
[0038]
30
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搅拌喷嘴
[0039]
47
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移动装置
[0040]
55
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
喷丸喷嘴
具体实施方式
[0041]
(第一实施方式)
[0042]
如图1所示，本实施方式的研磨喷丸装置10具有处理槽11、分配块体13、凹陷17、搅拌喷嘴30、工作台21、移动装置47、喷丸喷嘴55、排液阀62、管道63、送料斗71、罐41、搅拌泵43以及喷丸泵45。
[0043]
处理槽11具有底面11a、排液口11b、溢流口11c、扩大部11d、腰部11e以及底部11f。
处理槽11是呈棱柱状的开放型的槽。处理槽11例如底面为1m见方～1.5m见方，高度为1m～2m。
[0044]
底面11a是倾斜的。底部11f是处理槽11的底附近的部分。排液口11b配置在底部11f，从上方观察，配置在底面11a的较深的位置。排液口11b可以配置在处理槽11的侧壁。排液口11b例如是矩形的开口。
[0045]
扩大部11d配置在处理槽11的上方。扩大部11d的高度可以占处理槽11的高度的30％～60％。扩大部11d扩大处理槽11的横截面。例如，在扩大部11d中，处理槽11的一个壁面向外侧伸出。溢流口11c配置在处理槽11的上方。例如，溢流口11c设置于扩大部11d。
[0046]
处理槽11贮存研磨粒子5和喷丸液3。喷丸液3的液面7由溢流口11c的高度决定。喷丸液3例如是井水、工业用水、自来水、含防锈剂的水溶液。工业用水被过滤而使用。防锈剂例如为胺化合物。研磨粒子5例如是iso8486-1(磨削磨刀石用磨削材料的粒度)中的粒度f140的氧化铝。研磨粒子5例如以底部11f的截面积的每单位面积的质量投入8(kg/m2)～160(kg/m2)。
[0047]
分配块体13是在内部具有分配室15的长方体的中空容器。分配室15占据分配块体13的截面的大致全部区域。分配室15配置在分配块体13的靠下方。分配块体13的顶板13a(参照图3)具有厚度24。此外，分配室15也可以纵横排列，水平地延伸配置的圆孔相互连接而形成一个大的空间。
[0048]
工作台21在底部11f的横截面中设置于中央附近。对象物1固定于工作台21。
[0049]
处理槽11可以具有障碍板19。障碍板19配置于腰部11e、扩大部11d。障碍板19水平地设置。障碍板19优选地以围绕处理槽11的内周一周的方式配置。障碍板19例如是平板。障碍板19也可以具有通孔。例如，障碍板19也可以是网眼状。多个障碍板19也可以沿上下方向配置。障碍板19优选设置在比研磨粒子5的过半浮游的高度更靠上方。障碍板19设置在比工作台21、对象物1靠上方。
[0050]
处理槽11也可以具有第一折回67和第二折回69。第一折回67在处理槽11的上端的内侧沿着水平面延伸。第一折回67为平板。第一折回67沿着处理槽11的上端的内周设置于整周。第二折回69在第一折回67的内侧端向下方折弯地配置。第二折回69例如是铅垂面。第二折回69设置于第一折回67的内侧整周。
[0051]
排液阀62设置于排液口11b。排液阀62例如通过气缸(未图示)以销61为中心进行转动。排液阀62对排液口11b进行开闭。
[0052]
管道63在排液口11b的外侧以包围排液口11b的方式设置。管道63例如为l字状。管道63从排液口11b水平地延伸。管道63使研磨粒子5和喷丸液3向罐41流出。
[0053]
罐41储存喷丸液3。罐41具有废弃罐41a、清洁罐41b、过滤器42和排出装置44。管道63与废弃罐41a连接。排出装置44例如是螺旋分离器，设置于废弃罐41a。排出装置44将积存在废弃罐41a的内部的研磨粒子5排出。清洁罐41b经由过滤器42与废弃罐41a连接。
[0054]
过滤器42包含液体泵，汲取废弃罐41a的喷丸液3并过滤，供给到清洁罐41b。过滤器42例如是旋风过滤器、筒式过滤器、磁性过滤器、纸质过滤器。过滤器42也可以将旋风过滤器和筒式过滤器串联连接。清洁罐41b的溢流返回到废弃罐41a。
[0055]
送料斗71贮存研磨粒子5。送料斗71经由阀73和投入口75与处理槽11连接。优选地，投入口75设置在比液面7靠上方。
[0056]
搅拌泵43例如是离心泵。搅拌泵43连接清洁罐41b和分配室15。搅拌泵43从清洁罐41b汲取喷丸液3，并向分配室15供给。
[0057]
如图1～图3所示，多个凹陷17均匀地分散配置于顶板13a。例如，从上方观察，凹陷17隔开间隔22地配置成格子状。凹陷17为随着朝向上方而其直径变大的圆锥状。如图3所示，凹陷17的上端的直径25比凹陷17的高度26大。例如，直径25为高度26的1.5倍～10倍。
[0058]
如图3所示，搅拌喷嘴30具有主体31、喷口32、喷丸液流入口33、内部喷口39、导通路径34和研磨粒子吸入口35。主体31是沿铅垂方向延伸的大致圆筒状。主体31在基端部具有外螺纹31a。外螺纹31a拧入顶板13a。主体31的外周面随着朝向上方而直径稍微变小。
[0059]
流入口33朝向下方地配置于主体31的基端。内部喷口39与流入口33连接。内部喷口39比导通路径34的直径小。内部喷口39配置在吸入口35的附近的上游侧。
[0060]
喷口32朝向上方地配置于主体31的上端。喷口直径36例如为1mm～5mm。喷口32的高度37例如为喷口直径36的4倍～10倍。导通路径34将内部喷口39与喷口32连结，在铅垂方向上延伸。导通路径34为大致圆筒。导通路径34占据主体31的大部分的体积。
[0061]
研磨粒子吸入口35配置在主体31的腰部的下方。吸入口35具有开口35a和轴线35b。吸入口35贯通主体31，从开口35a与导通路径34连接。吸入口35从主体31的外周面向半径方向内侧延伸。多个吸入口35在主体31的圆周方向上均等地配置。例如，3～5个(在图3中为4个)吸入口35配置于主体31。
[0062]
开口35a是配置于主体31的外筒面上的吸入口35的开口部。开口35a配置在凹陷17的内部。开口35a的开口直径40与喷口直径36实质上相同。优选地，开口35a配置于凹陷17的底部。轴线35b可以以随着沿半径方向朝向内侧而朝向上方的方式倾斜。例如，轴线35b与主体31的中心的角38为100度～120度。
[0063]
喷丸液3从分配室15流入流入口33，从内部喷口39向导通路径34的内部喷出。此时，导通路径34的底部的外周部成为负压。然后，在底部11f浮游的研磨粒子5与处理槽11的内部的喷丸液3一起作为悬浊液从吸入口35流入导通路径34。从吸入口35吸入的研磨粒子5、喷丸液3与从流入口33流入的喷丸液3混合，从喷口32向处理槽11内喷出。研磨粒子5在底部11f与搅拌喷嘴30之间循环。
[0064]
空塔速度v(m/s)是将从搅拌喷嘴30喷出的喷丸液3的流量p(m3/s)除以腰部11e的截面积而得到的值。空塔速度v被设定为，研磨粒子5从喷丸液3受到的流体阻力与研磨粒子5的重力与研磨粒子5的浮力之差实质上相同。其结果是，研磨粒子5在底部11f浮游。浮游的研磨粒子5被搅拌喷嘴30吸入，向上方吹起。研磨粒子5偏向处理槽11的下方。优选地，研磨粒子5浓厚地存在于对象物1的稍上方。在扩大部11d中，空塔速度v减少，促进研磨粒子5的沉降。
[0065]
喷丸泵45例如是活塞泵。例如，喷丸泵的喷出压力为15mpa～80mpa。喷丸泵45将清洁罐41b与喷丸喷嘴55连接。喷丸泵45从清洁罐41b汲取喷丸液3，并向喷丸喷嘴55供给。
[0066]
如图1所示，移动装置47具有移动柱48、套管49以及喷嘴支架53。套管49包括圆棒状、方棒状的进给台。移动装置47也可以具有旋转头50。移动柱48在左右方向x和前后方向y上自如地移动。进给台49沿移动柱48在上下方向z上自如地移动。
[0067]
旋转头50配置于进给台49的前端部。旋转头50能够以在铅垂方向上延伸的c轴52为中心旋转。喷嘴支架53设置于进给台49的前端部或者旋转头50。优选地，喷嘴支架53能够
绕沿水平方向延伸的a轴51自如地旋转。喷嘴支架53能够旋转a轴51的行程(stroke)57。喷嘴支架53也能够仅从水平轴向上方倾斜角度56。角度56例如为0度～20度。a轴51的下方侧的端部是喷嘴支架53成为铅垂向下的位置。
[0068]
如图4所示，喷丸喷嘴55具有喷嘴头55a和侧壁55b。喷丸喷嘴55设置于喷嘴支架53的前端。喷嘴头55a例如是平型喷射喷嘴。喷嘴头55a具有喷口55c。喷丸喷嘴55的喷口直径58例如为1mm～2mm。喷丸喷嘴55的喷射轴线55d在喷嘴支架53的长度方向上延伸。喷嘴头55a以从喷口55c沿着穿过喷射轴线55d和a轴51的喷射平面55e扩展的方式喷射喷丸液3。
[0069]
侧壁55b例如是以喷射轴线55d为中心的圆筒壁面。侧壁55b的内径59例如为喷口直径58的15倍～20倍。侧壁55b的高度54例如是喷口直径58的5～10倍。
[0070]
通过侧壁55b，来自喷口55c的周围的喷丸液3的流入被限制。从喷口55c向侧壁55b的内部喷射喷丸液3，在积存于侧壁55b的内部的喷丸液3与喷流之间产生涡流，促进空泡的产生。
[0071]
包含大量从喷丸喷嘴55喷射的空泡的空化喷流对对象物1的表面赋予喷丸效果。另外，在底部11f浮游的研磨粒子5被卷入空化喷流而与对象物1的表面碰撞。研磨粒子5沿着对象物1的表面流动，对对象物1的表面进行研磨。
[0072]
空化喷流与对象物1的表面碰撞，沿着对象物1的表面改变流动。一部分喷流沿水平方向或者上方流动。研磨粒子5沿着与对象物1的表面碰撞而朝向改变的喷流上卷。障碍板19阻碍朝向上方的流动，使处理槽11的内部的流动稳定。另外，在处理槽11内产生的空泡随着喷丸液3的流动而移动。其结果是，障碍板19抑制研磨粒子5的飞扬。另外，障碍板19抑制空泡的飞扬。
[0073]
液面7晃动，液面7有时高于处理槽11的壁面。另外，存在空化喷流与对象物1、壁面碰撞而从处理槽11的上方飞出的情况。第一折回67、第二折回69变更要从处理槽11的上方飞出的喷丸液3的流动方向，返回到处理槽11的内部。
[0074]
(第二实施方式)
[0075]
如图5所示，本实施方式的研磨喷丸装置100具有处理槽111、分配槽113和竖立障碍板119。
[0076]
处理槽111是由薄板构成的带台阶的圆筒型，在上下具有开口。处理槽111具有扩大部111d和排液口11b。扩大部111d为圆筒状，配置在处理槽111的上方。排液口11b设置于处理槽111的下方的侧壁。
[0077]
如图5以及图6所示，竖立障碍板119沿铅垂方向延伸。多个(图中为四片)竖立障碍板119从处理槽111的内壁朝向半径方向突出。多个(图中为四片)竖立障碍板119在圆周方向上均等地设置。竖立障碍板119是平板。竖立障碍板119也可以具有通孔。竖立障碍板119也可以是网眼状。竖立障碍板119阻碍喷丸液3向圆周方向流动。
[0078]
分配槽113具有顶板113a(参照图7)。分配槽113是由薄板构成的中空圆筒状。分散槽113堵塞处理槽111的下方的开口。顶板113a将处理槽111与分配槽113分离。分配槽113的内部空间为分配室115。
[0079]
如图6所示，多个凹陷117均等地配置于顶板113a。凹陷117形成球面。从上方观察，多个凹陷117配置在铺设一边为长度122的正三角形时的顶点的位置。凹陷117也可以最密地填充。如图7所示，在凹陷117中，顶板113a的厚度也相等。例如，顶板113a通过冲压来制
作。
[0080]
在凹陷117的中央配置有搅拌喷嘴30。吸入口35配置在凹陷117的底面附近。
[0081]
本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变形，记载在权利要求书中的技术思想所包含的全部技术事项都作为本发明的对象。所述实施方式示出了优选的例子，但对于本领域技术人员来说，能够根据本说明书公开的内容实现各种替换例、修正例、变形例或者改良例，这些包含在附件的权利要求书所记载的技术范围内。