基于涡流磁导向射流的复杂零件内流道清理装置的制作方法

1.本实用新型属于流道清理技术领域，涉及一种基于涡流磁导向射流的复杂零件内流道清理装置，用于各种复杂零部件内部流道的清洗、剥离、清粉、表面精整和去毛刺。


背景技术：

2.目前，国际国内的航空航天发动机的领域，正在开发一种全新的智能3d仿生换热器，其生产制造工艺包括3d打印增材制造技术，组合焊接技术等，制造出来的零件内部复杂流道内会产生粘粉、毛刺等污垢，严重影响零件的质量和可靠性，必须将其彻底清理干净才能有效使用。针对这种复杂内流道表面精整，现有清理和去毛刺设备难以有效清粉和去毛刺。
3.金属3d打印是目前快速发展的一项增材制造新技术之一，打印成型过程中，高能束短暂而快速的加热，且金属粉末熔融后又快速的冷却，使得金属3d打印件容易出现表面质量问题，如粘粉、毛刺等。工件表面粗糙度通常在ra6-32μm左右，往往达不到工件实际应用的需求，尤其对于一些结构复杂且具有微小腔体结构的换热器3d打印零部件，其孔隙内的粉尘和毛刺更是难以去除，较大的粗糙度将增加换热器流阻，同时还存在许多风险；如果后处理清粉不彻底，在工作时当一定压力的流体经过粗糙的内流道可能带走部分熔覆粘着较差的金属粉末，从而污染工作介质系统。
4.现有内流道抛光技术有磨料流抛光和电化学抛光，对于内流道结构，磨料流抛光技术主要是通过改变磨粒大小或给磨料增压的方法来对零件进行抛光、清粉，但仍然存在局限性，现有内流道抛光技术如磨粒流内流道抛光机，只是针对结构简单的内流道，而对于具有复杂且微小细孔的内流道，还没有具有针对性的抛光技术，很难对抛光死角、盲孔等进行处理，很容易造成进出口位置抛光过度，而抛光死角没有抛光彻底的情况。而电化学抛光在处理结构复杂且精密的零件时，容易对零件的薄弱区造成损害，影响零件性能。所以，对于具有复杂腔体结构或存在微小孔隙和盲孔的零件，现有抛光技术普遍存在抛光不彻底、过度抛光等问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于涡流磁导向射流的复杂零件内流道清理装置，磨料流体在磁导向的引导下，能够有效清理复杂内流道的抛光死角或微小腔体盲孔结构，同时避免了过度抛光问题，提高了复杂内流道表面精整效果，进而提高了工件质量和可靠性，解决了现有技术中存在的问题。
6.本实用新型提供的技术方案是，一种基于涡流磁导向射流的复杂零件内流道清理装置，包括
7.磁力驱动装置，所述磁力驱动装置包括永磁体转盘，永磁体转盘的中心与位置可调节的旋转电机的输出轴连接；
8.抛光件装夹器，所述抛光件装夹器用于装夹抛光件，并调节抛光件的空间角度和
位置，使得抛光死角正对永磁体转盘；
9.喷射装置，所述喷射装置内部安装有涡流发生装置，涡流发生装置的进口端与增压水泵连接，涡流发生装置的出口端与喷射装置的内部腔体连通，喷射装置的内部腔体通过磨料输入口连接装有磁性磨料的复合磨料桶，喷射装置的内部腔体产生涡流空化磨料射流，通过喷射输出口输送至抛光件的内流道入口，从内流道出口流出。
10.进一步的，所述增压水泵安装于高压水射流软管上，高压水射流软管用于连接涡流发生装置的进口端和增压装置的出液管，增压装置的进液管通过第二软管连接供水箱，第二软管上安装有低压水泵。
11.进一步的，所述旋转电机安装在横向滑块上，横向滑块滑动安装在水平设置的横向导轨上，横向导轨的形状为u型，横向导轨通过纵向滑块滑动安装于竖直的纵向导轨上，横向滑块、纵向滑块分别通过对应的伺服电机控制，使得永磁体转盘与旋转电机一起上下、前后、左右滑动，与抛光件装夹器配合，使得抛光死角正对永磁体转盘。
12.进一步的，所述抛光件装夹器包括
13.双向伸缩固定爪，所述双向伸缩固定爪通过双向伸缩装置控制两个爪部相互靠近或相互远离，以适应不同尺寸的抛光件；
14.直线滑动装置，所述直线滑动装置水平安装于双向伸缩固定爪的上方和下方；
15.万向连接轴，所述万向连接轴一端固定在直线滑动装置的滑块上，另一端与双向伸缩固定爪固定连接。
16.进一步的，所述直线滑动装置包括
17.导轨，所述导轨水平安装于c型框架的上、下底板内侧壁；
18.丝杠，所述丝杠与导轨平行设置，步进电机输出轴连接丝杠，丝杠外壁螺纹连接有滑块，滑块与导轨滑动连接；当步进电机启动时，丝杠转动并带动滑块沿着导轨滑动。
19.进一步的，所述双向伸缩固定爪靠近抛光件的一侧安装有振动电机。
20.进一步的，还包括可拆卸抛光容器，抛光件固定于可拆卸抛光容器内，可拆卸抛光容器的内壁设有加热装置，可拆卸抛光容器的外壁设有保温层，可拆卸抛光容器的器壁设有溢流出口；抛光件的内流道分别与可拆卸抛光容器的进口、出口连通，进口与喷射装置的喷射输出口连接，出口、溢流出口均与液体回收装置连接。
21.进一步的，所述磁性磨料中含有直径1.0-1.8mm的钢丸。
22.进一步的，所述涡流发生装置的水流方向前端安置有压缩空气进口。
23.进一步的，所述复合磨料桶内设有加热带，桶壁外设有保温层。
24.本实用新型的有益效果是：
25.本实用新型通过永磁体转盘和抛光件装夹器的相互配合，能够有效清理复杂内流道的抛光死角；本实用新型通过涡流发生装置产生高压涡流脉动水射流，在喷射装置中产生涡流脉动射流和负压，将磨料吸入后，磨料与涡流脉冲水射流均混合后，以高速涡流脉动方式喷射进入待清理的抛光件内流道中，高效清理且不会过度抛光，提高了复杂内流道表面精整效果，进而提高了工件质量和可靠性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例
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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。
27.图1是本实用新型实施例的总体结构示意图。
28.图2是本实用新型实施例的详细原理及结构示意图。
29.图3是本实用新型实施例中喷射装置示意图。
30.图4是磁力驱动装置结构示意图。
31.图5是磁力引导流程示意图。
32.图6是涡流发生装置结构示意图。
33.图中，1.磁力驱动装置、11.旋转电机、12.永磁体转盘、13.纵向导轨、14.纵向滑块、15.横向导轨、16.横向滑块、17.永磁铁、18.抛光件、2.滑动装置、21.步进电机、22.丝杠、23.导轨、24.滑块、3.抛光件装夹器、31.万向连接轴、32.双向伸缩固定爪、33.振动电机、4.可拆卸抛光容器、41.第一加热带、42.进口、43.出口、44.溢流出口、5.复合磨料桶、51.第二加热带、52.第一电磁阀、53.第一软管、6.喷射装置、61.磨料输入口、62.高压水输入口、63.高压水射流软管、64.喷射输出口、7.供水箱、71.低压水泵、72.第二软管、73.第三加热带、8.增压装置、81.进液管、82.出液管、83.增压水泵、9.液体回收装置、91.第一回收管、92.回水泵、93.第二回收管、94.第二电磁阀、10.涡流发生装置、10-1.喷头体、10-2.空化中心体、10-3.压缩空气进口。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
35.实施例1，
36.一种基于涡流磁导向射流的复杂零件内流道清理装置，如图1所示，包括磁力驱动装置1、滑动装置2、抛光件装夹器3、可拆卸抛光容器4、复合磨料桶5、喷射装置6、供水箱7、增压装置8、液体回收装置9。
37.如图1-2所示，滑动装置2包括c型的框架，框架的上、下底板固定有水平的导轨23，丝杠22与导轨23平行设置，步进电机21输出轴连接丝杠22，丝杠22上螺纹连接有滑块24，滑块24与导轨23滑动连接，当步进电机21启动时，丝杠22转动并带动滑块24沿着导轨23滑动。抛光件装夹器3上安装有可拆卸抛光容器4。
38.如图4所示，框架的侧壁安装有磁力驱动装置1，磁力驱动装置1包括旋转电机11、永磁体转盘12；
39.旋转电机11的安装座上设有竖直的纵向导轨13，水平的横向导轨15通过纵向滑块14滑动安装于纵向导轨13上，可上下滑动；横向导轨15的形状为u型，横向滑块16滑动安装在横向导轨15上，横向滑块16可以在横向导轨15上来回滑动；旋转电机11安装在横向滑块16上，旋转电机11的输出轴与永磁体转盘12连接，使得永磁体转盘12能够上下、前后、左右滑动，从而实现3d范围内运动。
40.永磁体转盘12上固定有条状的永磁铁17，永磁铁17引导抛光液体中的钢丸定向冲击内流道表面，能够有效清理复杂内流道的抛光死角。
41.如图3、6所示，喷射装置6包括磨料输入口61、高压水输入口62、高压水射流软管63、喷射输出口64；喷射装置6内部安装有涡流发生装置10，涡流发生装置10的进口端与增压水泵83连接，涡流发生装置10的出口端与喷射装置6的内部腔体连通，喷射装置6的内部腔体通过磨料输入口61连接复合磨料桶5，喷射装置6的内部腔体产生涡流空化磨料射流，通过喷射输出口64输送至抛光件18的内流道入口，从内流道出口流出；其中喷射输出口64连接可拆卸抛光容器4的进口42，或者抛光件18的内流道进口。增压水泵83安装于高压水射流软管63上，高压水射流软管63用于连接涡流发生装置10的进口端和增压装置8的出液管82。增压装置8由进液管81、出液管82、增压水泵83组成；增压装置8的压力范围为2-5mpa，流量为30-100l/min。
42.如图6所示，涡流发生装置10包括喷头体10-1和空化中心体10-2，在涡流发生装置10的水流方向的前端安置有压缩空气进口10-3。
43.本实用新型将喷射装置6与涡流发生装置10进行有机组合，当增压装置8输出的纯水射流经过空化中心体10-2，产生强力空化效应，从而产生涡流脉冲空化射流，再经过压缩空气二级扰动强化，产生高压涡流脉动水射流和压缩空气两相流叠加；此时由于高速射流产生的文杜里效应，在喷射装置6中产生涡流脉动射流和负压，将磨料输入口61的磨料吸入喷射装置6中，磨料与涡流脉冲水射流均匀混合后，从喷射装置6的喷射输出口64以高速脉动方式喷射进入待清洗的工件内流道中，加强了射流的打击力和冲蚀效果，从而达到高效清洗抛光的效果。同时磁力驱动装置1启动并按预定路线围着待清洗抛光工件运动到抛光死角位置，引导抛光液对死角进行有效清洗和抛光，能够有效清理复杂内流道的抛光死角或微小腔体盲孔结构，抛光彻底，且避免了过度抛光问题，提高了复杂内流道表面精整效果。
44.在一些实施例中，抛光件装夹器3由万向连接轴31、双向伸缩固定爪32、振动电机33组成；
45.万向连接轴31一端固定在滑块24上，另一端固定在双向伸缩固定爪32上，双向伸缩固定爪32内侧安装振动电机33。
46.双向伸缩固定爪32通过双向伸缩装置控制两个爪部相互靠近或相互远离，以适应不同尺寸的抛光件18或可拆卸抛光容器4，以适用于更广泛的3d仿生换热器内表面精整领域；通过万向连接轴31、导轨23、丝杠22，调节抛光件18或可拆卸抛光容器4的角度位置，便于将抛光死角调整到与永磁铁17平行面。本实用新型抛光件装夹器3通过上下左右四个方向固定的万向连接轴31与对应的滑块24连接，方便适应各种不同结构的3d打印复杂零件（即抛光件18），可以协同调整抛光件18的角度位置。双向伸缩固定爪32靠近抛光件18的一侧安装有振动电机33，提高清洗效率，在清洗过程中，悬浮磨料流体冲击待清洗表面，同时通过振动电机带动工件有规律的振动，加快杂物的冲击脱落，从而有助于提高清洗效率。
47.可拆卸抛光容器4由第一加热带41、软管接口组成；可拆卸抛光容器4桶壁分为两层，里层为加热带，外层为保温层，可拆卸抛光容器4分别有一个进口42和一个出口43，进口42与喷射装置6的喷射输出口64连接，出口43、溢流出口44均与液体回收装置9连接；当可拆卸抛光容器4中液体超过一定高度，即由溢流出口44排到液体回收装置9中。
48.复合磨料桶5由第二加热带51、第一电磁阀52、第一软管53组成；复合磨料桶5固定在上底板，复合磨料桶5桶壁分为两层，里层为加热带，外层为保温层，桶口连接第一软管53和第一电磁阀52，第一软管53另一端连接喷射装置6的磨料输入口61，以将磨料源源不断输送到喷射装置6中。
49.供水箱7，由低压水泵71、第二软管72、第三加热带73组成；供水箱7箱壁分为两层，里层为第三加热带73，外层为保温层，增压装置8的进液管81通过第二软管72连接供水箱7，第二软管72上安装有低压水泵71。
50.液体回收装置9，由第一回收管91、回水泵92、第二回收管93、第二电磁阀94组成，出口43通过第一回收管91与液体回收装置9的储水箱连接，溢流出口44通过第二回收管93与液体回收装置9的储水箱连接，第一回收管91上设有回水泵92，第二回收管93上设有第二电磁阀94。
51.现有磨粒流是泥状（牙膏状）的流动性较差的磨料颗粒 液体的两相流介质，其通过高压泵的挤压来实现清洗抛光，该方法很容易对零件的菱角产生过渡磨损，纳米级黑色磁粉粘在零件上很难清洗干净，对零件存在二次污染的缺陷。本实用新型实施例磁性磨料包括钢丸、白刚玉、水、悬浮剂，其中钢丸直径1.0-1.8mm，白刚玉粒径0.12-0.20mm，钢丸为磁导向冲蚀磨削，白金刚玉为涡流脉冲高压射流冲击磨削和冲蚀，从而达到高效可靠的抛光、清粉去毛刺的效果；能够适用于复杂零件微小的内流道，内流道的直径范围是1.5mm-5mm。
52.内流道清理方法，具体为：
53.s1，如果抛光件18的内流道仅具有一个内流道出口和一个内流道进口，则抛光件18的内流道进口与喷射装置6的喷射输出口64连接，内流道出口与液体回收装置9连接，将抛光件18固定在抛光件装夹器3中；
54.如果抛光件18不便于直接通过抛光件装夹器3装夹，或者抛光件18的内流道具有通孔，将抛光件18安装于可拆卸抛光容器4内，可拆卸抛光容器4的底部设有溢流出口44，抛光件18的内流道分别与可拆卸抛光容器4的进口42、出口43连通，进口42与喷射装置6的喷射输出口64连接，出口43、溢流出口44均与液体回收装置9连接，将可拆卸抛光容器4固定在抛光件装夹器3中。
55.s2，根据抛光件18的内流道结构及形态，预判抛光死角或抛光困难区域，设定永磁体转盘12的往复运动路线，通过调节抛光件装夹器3和永磁体转盘12的位置，使得在永磁体转盘12运动过程中能够正对抛光死角或抛光困难区域；调整纵向滑块14、横向滑块16，将永磁体转盘12调整到合适高度，并调节步进电机21，调节永磁体转盘12和抛光件18之间的距离，如图2所示。
56.s3，启动永磁体转盘12旋转，并按照设定路线往复运动；将复合磨料放入复合磨料桶5内，启动复合磨料桶5的加热装置，并利用pid温控系统，将温度控制在低熔点合金磨料熔点范围内。启动供水箱7的加热装置、pid温控系统、低压水泵71，将水温控制在和磨料温度相同，水压控制在规定范围内（10-40mpa）。打开复合磨料桶5的第一电磁阀52、增压装置8的增压水泵83，增压的水射流经过涡流发生装置10产生高压涡流脉动水射流和压缩空气两相流叠加，在喷射装置6中产生涡流脉动射流和负压，将磨料吸入喷射装置6中，磨料与涡流脉冲水射流均匀混合后，从喷射装置6的喷射输出口64以高速涡流脉动方式喷射进入抛光
件18的内流道入口，从内流道出口流出至液体回收装置9。在该过程中，复合抛光液按如图5所示的箭头方向，在永磁铁17的带动下运动，永磁铁17首先从
①
位置通过固定在横向滑块16上沿着横向导轨15围绕抛光件18滑动到
②
位置，
②
位置为抛光死角，永磁铁17在此位置停留，永磁铁17继续旋转，同时启动振动装置，对抛光死角进行重点处理；根据绕抛光件18纵向尺寸高度，启动纵向滑块14（纵向滑块14通过对应的伺服电机驱动），使得永磁铁17上下来回做匀速运动；抛光周期结束后电机永磁铁17从位置
②
通过铝合金滑道匀速移动到位置
③
，同时，启动液体回收装置的水泵或者电磁阀，便于回收抛光液。根据抛光件18的复杂程度，永磁铁17从
①
位置—
②
位置—
③
位置—
②
位置—
①
位置不断循环，一般循环次数设定在6-9次。
57.在此过程中永磁铁17一直做旋转运动，并且固定在横向滑块16上旋转电机11沿着横向导轨15上来回横向滑动从而带动复合磨料在内流道中运动相互碰撞，达到对内流道清粉、抛光和表面精整的效果，抛光更全面。
58.s4，抛光结束后，关闭磁力驱动装置1，关闭复合磨料桶5的第一电磁阀52，水流以高速涡流脉动方式喷射进入抛光件18的内流道入口，冲洗内流道残余抛光磨料，循环2-3次，将抛光件18的内流道液体回收至液体回收装置9；关闭所有电磁阀和水泵，将抛光件取出。
59.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。