本發明涉及一種有機材料加工技術，尤其是一種聚合物材料表面加工技術，具體地說是一種聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置。

背景技術：

近年來，出現了一種新穎的微細加工技術，即用干燥的壓縮空氣來加速微小磨粒形成磨料射流，將射流噴射到工件表面對工件進行加工，稱之為磨料射流加工技術。磨料射流加工技術成本較低，加工時可以得到很高的材料去除率，且材料去除率可控。磨料射流加工技術可用于加工玻璃、陶瓷和有色金屬等。

陶瓷材料由于其自身的局限性，在某些場合并不適用。如陶瓷材料缺乏光學透明性，以及其有限的生物相容性因而在生物醫學中的應用受限。基于此，人們開始用聚合物材料來替代陶瓷材料。但聚合物大多數為疏水材料，采用常規的磨料射流以及水射流技術進行加工時，材料去除率較低。經研究發現在低溫下，對聚合物進行磨料射流加工，材料去除率較高。

目前在國外用到兩種實驗裝置進行低溫磨料射流加工，其中一種裝置為磨料射流流經液氮罐實現冷卻的目的，此裝置對被加工材料的冷卻效果較差，且實驗裝置所占空間過大。另一種裝置為液氮射流和磨料射流以一定的入射角進行對射，形成含有液氮的磨料射流，此裝置對磨料射流冷卻效果較差，且液氮和磨料射流難以實現充分混合，同時由于兩射流對射，易導致磨料射流偏離原軌跡。考慮到上述兩種裝置的缺點，急需一種智能可控溫低溫磨料射流加工裝置，以便對磨料射流和工件進行冷卻，在－80℃～－190℃溫度范圍內實現工件的射流加工。

技術實現要素：

本發明的目的是針對聚合物材料難實現低溫射流加工的問題，設計一種聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置。

本發明的技術方案是：

一種聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置，其特征是它包括：

一磨料射流發生系統，所述磨料射流發生系統主要包括氮氣瓶1、磨料倉2、氣粉混合器19、磨料射流彎管10和磨料射流噴嘴18，磨料倉2中的磨料和氮氣瓶1輸出的氮氣進入氣粉混合器19混合后進入磨料射流彎管10進一步冷卻至加工溫度后從磨料射流噴嘴18噴出對聚合物工件17進行低溫射流加工；

一冷卻筒，所述的冷卻筒包括冷卻筒內罐5和冷卻筒外罐11，冷卻筒內罐5安裝在冷卻筒外罐11中并通過法蘭蓋28實現可拆卸連接，所述的冷卻筒內罐5中安裝有無底內筒29、冷卻筒內罐5與無底內筒29采用焊接方式進行連接，無底內筒29的無底端與冷卻筒內罐5底部安裝的冷密封圈22相抵從而實現無底內筒29的密封；無底內筒29的有底一端連接有排氣口20和磨料入口27，冷卻筒內罐5與無底內筒29相抵的一端上安裝有加液口23和磨料出口24；所述的冷卻筒外罐11還設有外罐真空口25，冷卻筒內罐5設有內罐真空口26以便對冷卻筒外罐11及冷卻筒內罐5進行抽真空提高保溫性能；

一智能冷卻系統，所述智能冷卻系統包括一個高溫溫度探頭4、自增壓液氮罐6、控制器7和電磁閥9，高溫溫度探頭4安裝在排氣口20上用于測量無底內筒29中的溫度并與控制器7電氣連接，控制器根據高溫溫度探頭4控制電磁閥9的開啟，電磁閥9安裝在連接自增壓液氮罐6與加液口23相連的管道上，以便根據測量溫度對無底內筒加注液氮，使無底內筒中的溫度滿足低溫加工要求；

一加工系統，所述的加工系統包括六坐標工作臺16，聚合物工件17安裝在六坐標工作臺16上并與噴嘴18相對，噴嘴18噴出的低溫磨料首先對聚合物工件進行快速冷卻，由于聚合物工作的冷卻速度大于材料的去除速度，因此，快速冷卻后的聚合物工件被磨料快速去除，通過調整噴嘴射流角度和六坐標工作臺16帶動聚合物工件的移動實現對聚合物工件的加工。

所述的氣粉混合器19的輸出管通過第一快速接頭3與磨料入口27實現可拆卸式相連；所述的加液口23通過第二快速接頭13與電磁閥9的出口管道實現可拆卸式連接；所述的磨料出口24通過第三快速接頭14與磨料射流噴嘴18的進料端實現可拆卸式連接。

在冷卻筒內罐5和冷卻筒外罐11的法蘭連接面之間安裝的熱密封圈21。

在磨料射流出口處和被加工工件背部安裝有熱電偶，熱電偶與溫度信號處理顯示系統15電氣連接以便將熱電偶采集到的信號實時顯示出來。

在無底內筒29的無底部安裝有低溫溫度探頭12，以用測量磨料射流彎管10上方的溫度，當測量溫度不高于氮氣沸點溫度即表示磨料射流彎管10浸沒在液氮中，低溫溫度探頭12實時測量無底內筒中的溫度并顯示在溫度顯示器上。

通過改變所述的磨料射流彎管10的長度實現磨料射流溫度的調節，射流管長度越大，則溫度越低。

所述的聚合物工件17的加工溫度為－80℃～－190℃。

所述的冷卻筒內罐5也為無底結構，它的無底端與無底內筒29的無底端相連共同抵壓在冷密封圈22上，冷卻筒內罐5的內壁與無底內筒29的外壁之間抽真空后形成保溫室。

所述的冷卻筒外罐11為中空結構，通過外罐真空口25抽真空后形成真空保溫層。

本發明的有益效果：

本發明可以實現對聚合物材料的加工。它能將低溫磨料射流噴射到聚合物材料表面，先實現對聚合物材料的冷卻，由于材料表面的冷卻速率高于材料去除率，因而可以使聚合物在被加工之前可以冷卻至目標溫度。聚合物大多為疏水材料，在常溫下難以進行磨料射流加工，但在低溫下，對聚合物進行磨料射流加工，能實現較高的材料去除率。因而本低溫磨料射流加工裝置可以實現對聚合物材料的加工。

本發明結構簡單，冷卻效果好，體積小，能實現多角度任意形狀的加工。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的冷卻筒的結構示意圖。

圖中：1、氮氣瓶；2、磨料倉；3、快速接頭一；4、高溫溫度探頭；5、冷卻筒內罐；6、自增壓液氮罐；7、控制器；8、液氮壓力表；9、電磁閥；10、磨料射流彎管；11、冷卻筒外罐；12、低溫溫度探頭；13、快速接頭二；14、快速接頭三；15、溫度信號處理顯示系統；16、六坐標工作臺；17、工件；18、磨料射流噴嘴；19、氣粉混合器；20、排氣口；21、熱密封圈；22、冷密封圈；23、加液口；24、磨料出口；25、外罐真空口；26、內罐真空口；27、磨料入口，28、法蘭盤，29、無底內筒。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。

如圖1-2所示。

一種聚合物用智能可控溫低溫磨料射流加工裝置，如圖1所示，它包括：

一磨料射流發生系統，所述磨料射流發生系統主要包括氮氣瓶1、磨料倉2、氣粉混合器19、磨料射流彎管10和磨料射流噴嘴18，磨料倉2中的磨料和氮氣瓶1輸出的氮氣進入氣粉混合器19混合后進入磨料射流彎管10進一步冷卻至加工溫度后從磨料射流噴嘴18噴出對聚合物工件17進行低溫射流加工；實際加工時，聚合物工件17處的工作溫度可低至－80℃～－190℃。通過改變磨料射流彎管10的長度可改變磨料射流噴嘴18出口處的溫度，且長度越長，所得到的溫度越低。本發明的磨料射流發生系統與冷卻筒之間通過第一活動接頭3可實現可拆卸式連接，同樣，磨料射流噴嘴18的進口端通過第三活動接頭14實現與冷卻筒的活動連接，可根據加工對象的不同更換不同的冷卻筒或磨料射流系統，實現不同目的的加工

一冷卻筒，如圖2所示，它包括冷卻筒內罐5和冷卻筒外罐11，所述的冷卻筒外罐11為中空結構，通過外罐真空口25抽真空后形成真空保溫層。冷卻筒內罐5安裝在冷卻筒外罐11中并通過法蘭蓋28實現可拆卸連接，在冷卻筒內罐5和冷卻筒外罐11的法蘭連接面之間安裝的熱密封圈21。所述的冷卻筒內罐5中安裝有無底內筒29，冷卻筒內罐5與無底內筒29采用焊接方式進行連接，所述的冷卻筒內罐5也為無底結構，它的無底端與無底內筒29的無底端相連并抵壓在冷密封圈22上，冷卻筒內罐5的內壁與無底內筒29的外壁之間抽真空后形成保溫室。無底內筒29的有底一端連接有排氣口20和磨料入口27，冷卻筒內罐5與無底內筒29相抵的一端上安裝有加液口23和磨料出口24；所述的冷卻筒外罐11還設有外罐真空口25，冷卻筒內罐5設有內罐真空口26以便對冷卻筒外罐11及冷卻筒內罐5進行抽真空提高保溫性能；所述的加液口23通過第二快速接頭13與電磁閥9的出口管道實現可拆卸式連接。在無底內筒29的無底部安裝有低溫溫度探頭12，以用測量磨料射流彎管10上方的溫度，當測量溫度不高于氮氣沸點溫度即表示磨料射流彎管10浸沒在液氮中，低溫溫度探頭12實時測量無底內筒中的溫度并顯示在溫度顯示器上。

一智能冷卻系統，所述智能冷卻系統包括一個高溫溫度探頭4、自增壓液氮罐6、控制器7和電磁閥9，高溫溫度探頭4安裝在排氣口20上用于測量無底內筒29中的溫度并與控制器7電氣連接，控制器根據高溫溫度探頭4控制電磁閥9的開啟，電磁閥9安裝在連接自增壓液氮罐6與加液口23相連的管道上，以便根據測量溫度對無底內筒加注液氮，使無底內筒中的溫度滿足低溫加工要求；

一加工系統，所述的加工系統包括六坐標工作臺16，聚合物工件17安裝（如粘貼）在六坐標工作臺16上并與噴嘴18相對，噴嘴18噴出的低溫磨料首先對聚合物工件進行快速冷卻，由于聚合物工作的冷卻速度大于材料的去除速度，因此，快速冷卻后的聚合物工件被磨料快速去除，通過調整噴嘴射流角度和六坐標工作臺16帶動聚合物工件的移動實現對聚合物工件的加工。在磨料射流出口處和被加工工件背部安裝有熱電偶，熱電偶與溫度信號處理顯示系統15電氣連接以便將熱電偶采集到的信號實時顯示出來。

本發明的工作過程如下：氧化鋁、碳化硅、碳化硼等磨料在重力作用下從磨料倉2內落入氣粉混合器19；氮氣瓶1輸出高壓氮氣進入氣粉混合器19與磨料混合；在氣粉混合器19內形成的磨料射流進入磨料射流彎管10；自增壓液氮罐經電磁閥9和加液口23將液氮輸入冷卻筒內，在冷卻筒內對磨料射流進行降溫冷卻；；高溫溫度探頭4置于排氣口20，測量排氣口溫度并反饋信息給控制器7用于控制電磁閥9開關，實現自動補液，電磁閥9的開啟溫度可根據產品工況通過多次實驗獲得；低溫溫度探頭12置于磨料射流彎管10上方，當該點溫度不高于氮氣沸點溫度即表示磨料射流彎管10浸沒在液氮中；通過換裝不同長度的磨料射流彎管10即可得到不同的磨料射流溫度；由磨料射流噴嘴18噴出低溫磨料射流至工件17表面進行加工，由六坐標工作臺16可調整工件17和磨料射流的相對位置，磨料射流可以以各種入射角度對工件17的各個位置進行加工；溫度信號處理顯示系統15通過分析熱電偶采集的信號實時顯示磨料射流出口處溫度和工件加工溫度。

以上所述為本發明的較佳實施例，并不用于限制本發明，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進應包含在本發明的保護之內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及同等物界定。同時，盡管本文較多地使用了氮氣瓶1，磨料倉2，快速接頭一3，高溫溫度探頭4，冷卻筒內罐5，自增壓液氮罐6，控制器7，液氮壓力表8，電磁閥9，磨料射流彎管10，冷卻筒外罐11，低溫溫度探頭12，快速接頭二13，快速接頭三14，溫度信號處理顯示系統15，六坐標工作臺16，工件17，磨料射流噴嘴18，氣粉混合器19，排氣口20，熱密封圈21，冷密封圈22，加液口23，出口24，外罐真空口25，內罐真空口26，入口27等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。

本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。