一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置，包括玻璃约束构件、红外窗口、计算机、红外线温度探测仪、电磁波加热矩阵、搅拌器、气膜泵、支撑架和电磁波控制器，玻璃约束构件的内表面与类人工关节件的曲面表面形成厚度均匀的仿形流道，仿形流道入口通过管道依次连接气膜泵、搅拌器和仿形流道出口，仿形流道通过红外窗口暴露在红外线温度探测仪下；电磁波加热矩阵安装在玻璃约束构件的另一侧；本实用新型专利技术通过在玻璃约束构件的侧面放置电磁波加热矩阵，增加磨粒流切削液的湍动能和速度，从而改善了整体加工的效果，使整体加工过程中中磨粒流的温度保持恒定，使类人工关节件表面加工质量更加的均匀。

Surface turbulent flow processing device for temperature controlled abrasive flow artificial joint

The utility model discloses a temperature controlled abrasive flow artificial joints surface turbulence processing device comprises a glass restriction member, infrared window, computer, infrared temperature detector, electromagnetic wave heating matrix, mixer, pump, gas film supporting frame and electromagnetic wave controller, glass constraint component and the inner surface of the curved surface of artificial joint the formation of uniform thickness profile channel, channel entrance connected to the gas film profiling pump, stirrer and copying outlet through a pipeline, copying channel exposed to infrared temperature detector through infrared window; electromagnetic wave heating installed on the other side of the glass matrix constraint component; the utility model by placing electromagnetic wave heating in the side of the glass matrix constraint the component, increase the abrasive flow of cutting fluid turbulent kinetic energy and velocity, thereby improving the overall processing effect, make the In the whole machining process, the temperature of the medium particle flow is kept constant, so that the quality of the surface processing of the artificial joint is more uniform.

【技术实现步骤摘要】
一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置
本技术涉及磨粒流抛光加工
，更具体的说，尤其涉及一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置。
技术介绍
人工关节是人们为挽救已失去功能的关节而设计的一种人工器官，它在人工器官中属于疗效最好的一种。人工关节的材料一般常用材料为金属合金，其中特种钛合金因其生物相容性、耐腐性、和弹性模量等与人体骨骼接近，适合于制造人工关节。人工关节表面质量决定了表面摩擦性质，粗糙度越大，表面微凸体发生接触几率增大，导致粘着磨损增大。而众所周知，钛合金加工工艺性差，难以切削。而钛合金人工关节由不同曲率的曲面组成，现有的精密加工技术难以适应曲率多变的曲面，人工关节仍然沿用效率低下的人工打磨。人工关节价格昂贵，已经难以满足市场的广泛需求。磨粒流加工技术是现有的比较先进的进行人工关节打磨的技术，磨粒流加工技术是一种采用专用夹具对复杂模具型腔表面形成结构化流道，并采用磨粒与液体混合的流体磨料不断冲刷被加工表面的光整加工方法。在加工过程中，软性磨粒流在工件表面与约束模块构成的约束仿形流道中形成湍流流动，磨粒在湍流的带动下无序地撞击加工表面达到切削效应，这种抛光方法不仅克服了由于加工轮廓复杂、尺度细小带来的加工困难。流体加工方法是通基液驱动磨粒对工件表面进行微小的犁削。其微量切削能保证复杂曲面的位置和形状精度，防止造成加工零件表面出现加工变质层和亚表面损伤。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。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化，使得抛光不均匀，难以达到理想的抛光效果。在进行人工关节磨粒流抛光加工前，我们需要对湍流抛光情况进行模拟测试，但由于人工关节的成本较高，通常采用的是类人工关节件来模拟人工关节，通过磨粒流湍流抛光装置对类人工关节件的曲面进行抛光实验，通过实验结果来检验磨粒流抛光效果，从而制定抛光参数，实验完成后才会根据需要设定抛光参数，再对人工关节进行生产加工。类人工关节件是一种与人工关节结构非常相似的工件，因为需要模拟加工的主要是人工关节两端的曲面，为了简化模拟过程，实际实验中我们采用的类人工关节件的曲面是由一个平面弯曲而成的，与待加工曲面相连接的两个侧面呈平面状，整个待加工曲面呈波浪形，待加工曲面在侧面上的投影为一条曲线。磨粒流加工是依靠磨粒流的湍流运动，带动磨粒对加工表面进行无序无规则的加工，所以磨粒流的湍流动能衡量磨粒流加工效果的一个关键因素。磨粒流的湍流总动能随时间的变化，湍流动能的变化是衡量湍流发展或衰退的指标。在加工过程中，随着磨粒与加工表面的碰撞，磨粒流的湍流动能会不断减少。针对这一问题，本技术提出了一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置，通过温度控制对整个加工过程中磨粒流的湍流动能进行温度补偿，保证整个加工效果的均匀性。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有的类人工关节件湍流精密加工的过程中磨粒流的湍流总动能随时间的变化导致整个加工过程中加工效果的均匀性比较差的问题，提供了一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置。本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置，包括玻璃约束构件、红外窗口、计算机、红外线温度探测仪、电磁波加热矩阵、搅拌器、气膜泵、支撑架和电磁波控制器，所述玻璃约束构件套装在类人工关节件外，所述玻璃约束构件的内表面与类人工关节件的曲面表面形成厚度均匀的仿形流道，所述玻璃约束构件由壁厚相同的玻璃材料制成，所述玻璃约束构件的两端分别设有仿形流道入口和仿形流道出口；所述仿形流道入口通过管道依次连接气膜泵、搅拌器和仿形流道出口，仿形流道、气膜泵和搅拌器通过管道构成磨粒流循环系统；所述红外窗口安装在所述玻璃约束构件的一侧，整个仿形流道通过红外窗口暴露在所述红外线温度探测仪下；所述电磁波加热矩阵安装在所述玻璃约束构件的另一侧，所述电磁波加热矩阵包括多个电磁波加热器，多个电磁波加热器分布的形状与仿形流道在类人工关节件侧面上的投影形状相同，每个电磁波加热器均安装在支撑架上，且每个电磁波加热器均正对所述仿形流道；所述电磁波加热矩阵中的每个电磁波加热器均与电磁波控制器电连接，电磁波控制器调节所述电磁波加热矩阵中所有电磁波加热器的电磁波强度；所述电磁波加热器包括加热源、凹透镜和凸透镜，每个加热源均正对凹透镜和凸透镜，加热源发出的电磁波依次经过凹透镜和凸透镜后发射道仿形流道内；所述电磁波控制器和红外线温度探测仪分别与计算机电连接。进一步，所述电磁波加热器在仿形流道最凹处和最凸处的分布密集，并且其分布沿着仿形流道向仿形流道最凹处和最凸处的两侧逐渐变稀疏。进一步的，所述电磁波加热矩阵内每个加热源均与电磁波控制器电连接且受到电磁波控制器的独立控制。进一步的，红外线温度探测仪垂直于仿形流道内磨粒流流动方向设置。进一步的，所述凹透镜和凸透镜在类人工关节件侧面上的投影形状与仿形流道在类人工关节件侧面上的投影形状相同。一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工方法，通过将玻璃约束构件套装在类人工关节件外，在玻璃约束构件的内表面与类人工关节件的曲面表面之间形成厚度均匀的仿形流道，玻璃约束构件的两端设有仿形流道入口和仿形流道入口出口，将磨粒流以湍流状态经过仿形流道入口送入仿形流道中，再由仿形流道出口流出，通过仿形流道内磨粒流中磨粒的无序运动来实现类人工关节件曲面的微力微量切削，在切削过程中利用设置在玻璃约束构件侧面正对所述仿形流道的电磁波加热矩阵对仿形流道内的磨粒流进行加热，电磁波加热矩阵沿仿形流道分布但分布密度不同，根据实际需要对仿形流道内不同位置的磨粒流进行温度补偿，进而控制仿形流道内不同位置磨粒流的湍动能，从而控制仿形流道不同位置的抛光效果保持均匀；在磨粒流抛光的过程中不停的使用红外线温度探测仪拍摄流道内的温度并绘制温度曲线，并根据该温度曲线通过电磁波控制器不断调节每个电磁波加热器，进而控制仿形流道内不同位置磨粒流的湍动能，从而控制仿形流道内不同位置的抛光效果。进一步的，电磁波加热矩阵对仿形流道内不同位置的加热状态均不相同，补偿温度通过电磁波控制器设定指定位置加热源的波长来实现。本技术的有益效果在于：1、本技术通过类人工关节件曲面的仿形建立玻璃约束构件，玻璃约束构件与类人工关节件之间形成厚度均匀的磨粒流受控仿形流道，类人工关节件的被加工曲面成为仿形流道壁面的一部分，使研磨液以湍流状态进入仿形流道中，通过磨粒流中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、由于磨粒流在仿形流道中运动时存在沿程损失和水头损失，尤其在曲率较大的流道处损失最为严重，因此导致了类人工关节件表面加工效果呈区域化分布。由于磨粒流切削液粘度与温度之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置，其特征在于：包括玻璃约束构件(2)、红外窗口、计算机(1)、红外线温度探测仪(6)、电磁波加热矩阵(3)、搅拌器(8)、气膜泵(5)、支撑架(4)和电磁波控制器(7)，所述玻璃约束构件(2)套装在类人工关节件(12)外，所述玻璃约束构件(2)的内表面与类人工关节件(12)的曲面表面形成厚度均匀的仿形流道(10)，所述玻璃约束构件(2)由壁厚相同的玻璃材料制成，所述玻璃约束构件(2)的两端分别设有仿形流道入口(13)和仿形流道出口(11)；所述仿形流道入口(13)通过管道依次连接气膜泵(5)、搅拌器(8)和仿形流道出口(11)，仿形流道(10)、气膜泵(5)和搅拌器(8)通过管道构成磨粒流循环系统；所述红外窗口安装在所述玻璃约束构件(2)的一侧，整个仿形流道(10)通过红外窗口暴露在所述红外线温度探测仪(6)下；所述电磁波加热矩阵(3)安装在所述玻璃约束构件(2)的另一侧，所述电磁波加热矩阵(3)包括多个电磁波加热器，多个电磁波加热器分布的形状与仿形流道(10)在类人工关节件(12)侧面上的投影形状相同，每个电磁波加热器均安装在支撑架(4)上，且每个电磁波加热器均正对所述仿形流道(10)；所述电磁波加热矩阵(3)中的每个电磁波加热器均与电磁波控制器(7)电连接，电磁波控制器(7)调节所述电磁波加热矩阵(3)中所有电磁波加热器的电磁波强度；所述电磁波加热器包括加热源(9)、凹透镜(15)和凸透镜(14)，每个加热源(9)均正对凹透镜(15)和凸透镜(14)，加热源(9)发出的电磁波依次经过凹透镜(15)和凸透镜(14)后发射道仿形流道(10)内；所述电磁波控制器(7)和红外线温度探测仪(6)分别与计算机(1)电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种温控磨粒流类人工关节件曲面湍流加工装置，其特征在于：包括玻璃约束构件(2)、红外窗口、计算机(1)、红外线温度探测仪(6)、电磁波加热矩阵(3)、搅拌器(8)、气膜泵(5)、支撑架(4)和电磁波控制器(7)，所述玻璃约束构件(2)套装在类人工关节件(12)外，所述玻璃约束构件(2)的内表面与类人工关节件(12)的曲面表面形成厚度均匀的仿形流道(10)，所述玻璃约束构件(2)由壁厚相同的玻璃材料制成，所述玻璃约束构件(2)的两端分别设有仿形流道入口(13)和仿形流道出口(11)；所述仿形流道入口(13)通过管道依次连接气膜泵(5)、搅拌器(8)和仿形流道出口(11)，仿形流道(10)、气膜泵(5)和搅拌器(8)通过管道构成磨粒流循环系统；所述红外窗口安装在所述玻璃约束构件(2)的一侧，整个仿形流道(10)通过红外窗口暴露在所述红外线温度探测仪(6)下；所述电磁波加热矩阵(3)安装在所述玻璃约束构件(2)的另一侧，所述电磁波加热矩阵(3)包括多个电磁波加热器，多个电磁波加热器分布的形状与仿形流道(10)在类人工关节件(12)侧面上的投影形状相同，每个电磁波加热器均安装在支撑架(4)上，且每个电磁波加热器均正对所述仿形流道(10)；所述电磁波加热矩阵(3)中的每个电磁波加热器均与电磁波控制器(7)电连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金顺，袁智敏，张利，朴钟宇，戴勇，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33