CN116766039A - 一种自适应涡流式叶轮抛光设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于表面工程技术和加工工具技术领域，具体涉及一种自适应涡流式叶轮抛光设备，包括工作台、研磨桶、升降机构、驱动机构和混料器；所述升降机构设置在所述工作台上，所述研磨桶安装在所述升降机构的上方，所述升降机构用于驱动所述研磨桶升降；所述研磨桶内转动设有回转轴，所述回转轴上套设有轴套和轴套盖，所述回转轴与所述驱动机构传动连接，所述驱动机构在叶轮抛光过程中用于驱动回转轴转动；所述混料器的出料口与所述研磨桶相连通。本发明在不改变工件尺寸精度、不伤害零件、不产生磕碰、不产生变形的情况下，形成叶轮的自适应涡流并实现水粒流的超高速循环，有效提高叶轮的抛光速度和质量，解决了对复杂曲面研磨抛光的技术难题。

Description

一种自适应涡流式叶轮抛光设备

技术领域

本发明涉及一种自适应涡流式叶轮抛光设备，属于表面工程技术和加工工具技术领域。

背景技术

离心泵作为一种常见的高效流体输送设备，被广泛应用于航空航天、石油化工、供水灌溉等领域。叶轮作为离心泵内的重要部件，泵的扬程、功率和效率很大程度取决于叶轮的性能。除叶轮在设计和铸造过程可能造成的缺陷外，表面磨损和氧化腐蚀也是影响叶轮本身性能的主要原因，叶轮表面的失效会导致叶轮工作效率降低，进而也影响泵的使用寿命。

由于叶轮的几何特征复杂，传统机械打磨叶轮的方式难以对一些复杂形貌的表面进行抛光，并且表面容易出现机械磨损；而水力抛光叶轮的方式，由于涡流水力打磨高速旋转时，涡流旋转速度过快，水粒流会在离心力作用下紧贴筒壁，筒壁出现中空区域，致使叶轮中心位置抛光精度降低，无法产生水粒流的有效循环流动，难以适应不同型号叶轮的高速、高质量加工要求。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种自适应涡流式叶轮抛光设备。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种自适应涡流式叶轮抛光设备，包括工作台、研磨桶、升降机构、驱动机构和混料器；所述升降机构设置在所述工作台上，所述研磨桶安装在所述升降机构的上方，所述升降机构用于驱动所述研磨桶升降；所述研磨桶内转动设有回转轴，所述回转轴上套设有轴套和轴套盖，所述回转轴与所述驱动机构传动连接，所述驱动机构在叶轮抛光过程中用于驱动回转轴转动；所述混料器的出料口与所述研磨桶相连通。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下的改进：

进一步，所述研磨桶为包括桶体和安装在所述桶体上的锥形体。

采取上述进一步技术方案的有益效果是，研磨桶采用上窄下宽式的结构，可以阻碍水粒流沿着内筒壁上升的趋势，降低水粒流的环向速度，加快其从锥形体顶部重新回落到叶轮中心位置的时间，实现水粒流对叶轮内流道及其表面的循环打磨。

进一步，所述锥形体的内壁上设有减速带。

进一步，所述减速带为均布在所述锥形体内壁上的纵向波纹状凸起，所述凸起的高度从下至上逐渐增大。

进一步，所述桶体的直径大于所述锥形体的最大直径，所述桶体与所述锥形体之间的连接部为曲面过渡。

采取上述进一步技术方案的有益效果是，桶体与锥形体之间的连接部为曲面过渡，使连接部具有一定的渐变弧度；回转轴转动带动叶轮转动，从而带动磨料在光滑内壁区域进行高速抛光，随着转速增加，叶轮转动产生的离心力增大，部分水粒流在离心力作用下沿桶体内壁高速螺旋上升，当到达锥形体上端的减速带时，密集的纵向波纹凸起对水粒流产生减速作用，降低其径向速度，且波纹状凸起的高度从下至上逐渐增大，不仅能使水粒流在极短时间内降低速度，还能更好的使水粒流重新回落至叶轮中心；既可以实现叶轮的超高速抛光，又可以缩短水粒流从研磨桶顶部重新回落到叶轮中心位置的时间，产生水粒流的有效循环。

进一步，所述锥形体内设有旋转喷头，所述旋转喷头设在所述锥形体内的顶部，所述旋转喷头与所述混料器的出料口相连通。

进一步，所述旋转喷头设有多个。

进一步，所述升降机构包括升降台和设置在所述升降台上的顶拉件，所述顶拉件为环形，所述顶拉件的顶部设有与所述桶体的底部卡装配合的连接块。

进一步，所述升降台的底部安装位置传感器，监测升降台的移动距离。

进一步，所述桶体的底端开口，所述桶体的开口处安装有底板，所述底板通过支撑机构安装在所述工作台上，所述回转轴穿过所述底板与所述驱动机构连接。

进一步，所述底板与所述桶体之间设有密封圈。

进一步，所述桶体的下方还设有圆环形槽，所述圆环形槽的外侧环形面为波纹状，所述外侧环形面具有弹性，所述外侧环形面的顶部与所述桶体的底部连接，所述圆环形槽的内侧环形面的直径小于或者等于所述底板的直径，所述支撑机构穿过所述内侧环形面中间的通孔。

进一步，所述升降机构的下方设有磨料回收池，所述磨料回收池安装在所述工作台上，所述圆环形槽与所述磨料回收池通过管道相连通，所述磨料回收池与所述混料器通过管道相连通。

进一步，所述回转轴上设有圆盘。

采取上述进一步技术方案的有益效果是，叶轮安装在所述回转轴上时，叶轮的底面安装在所述圆盘上，为叶轮的安装提供支撑

进一步，所述混料器上设有位置传感器的反馈装置，所述混料器将如碳化钨、二氧化硅等磨料与研磨抛光液、水等均匀混合，通过所述旋转喷头将水粒流输送到所述研磨桶，所述反馈装置接收位置传感器的信号并实时调控混料器输送水粒流。

本发明的有益效果在于：本发明的自适应涡流式叶轮抛光设备在抛光过程中，在不改变工件尺寸精度、不伤害零件、不产生磕碰、不产生变形的情况下，能够形成叶轮的自适应涡流并实现水粒流的超高速循环，有效提高叶轮的抛光速度和质量，解决了对复杂曲面研磨抛光的技术难题。本发明还可以根据加工的需要控制回转轴的转速和混合水粒流的速度、供给量等，极大程度的提高研磨抛光的质量和效率。

附图说明

图1为本发明的自适应涡流式叶轮抛光设备的整体结构示意图；

图2为本发明的自适应涡流式叶轮抛光设备的剖视图；

图3为研磨桶的剖视图；

图4为圆环形槽的结构示意图；

图5为升降机构的结构示意图；

图6为叶轮的结构示意图；

图7为叶轮装夹在回转轴上示意图；

图8为研磨桶的整体结构示意图；

图9为研磨桶的仰视图。

附图标记记录如下：1、工作台；2、研磨桶；21、桶体；22、锥形体；23、底板；3、升降台；4、顶拉件；5、磨料回收池；6、支撑杆；7、混料器；8、圆环形槽；81、外侧环形面；82、内侧环形面；9、回转轴；10、旋转喷头；11、减速带；12、驱动电机；13、位置传感器；14、反馈装置；16、轴套盖；17、圆盘；18、叶轮；19、键槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参见图1-7，一种自适应涡流式叶轮抛光设备，包括工作台1、研磨桶2、升降机构、驱动机构和混料器7。

参见图2、3、5、8、9，所述研磨桶2为包括桶体21和安装在所述桶体21上的锥形体22，所述桶体21与所述锥形体22可以为一体成型或者焊接，所述桶体21的直径大于所述锥形体22的最大直径，所述桶体21与所述锥形体22之间的连接部为曲面过渡，使二者之间的连接部具有一定的渐变弧度。

所述升降机构设置在所述工作台1上，所述升降机构包括升降台3和设置在所述升降台3上的顶拉件4，所述顶拉件4为环形，所述研磨桶2安装在所述升降机构的上方，所述顶拉件4的顶部设有与所述桶体21的底部卡装配合的连接块，所述桶体21的底部设有与所述连接块相适配的凹槽，所述升降机构用于驱动所述研磨桶2升降。

所述锥形体22的内壁上设有减速带11，所述减速带11为均布在所述锥形体22内壁上的竖向波纹状凸起，所述凸起的高度从下至上逐渐增大，密集的纵向波纹凸起对水粒流产生减速作用，降低其径向速度，且波纹状凸起的高度从下至上逐渐增大，不仅能使水粒流在极短时间内降低速度，还能更好的使水粒流重新回落至叶轮18的中心。所述混料器7的出料口与所述研磨桶2相连通。所述锥形体22内设有旋转喷头10，所述旋转喷头10设在所述锥形体22内的顶部，所述旋转喷头10设有多个，所述旋转喷头10与所述混料器7的出料口通过管道相连通。

参见图2、6、7，所述研磨桶2内转动设有回转轴9，所述回转轴9设在所述桶体21内，所述回转轴9上套设有轴套和轴套盖16，所述回转轴9与所述驱动机构传动连接，所述驱动机构在叶轮18抛光过程中用于驱动回转轴9转动，本发明对驱动机构不作限定，作为本发明的一个实施例，所述驱动机构为驱动电机12，所述驱动电机12安装在所述升降台3上，所述驱动电机12的输出轴与所述回转轴9连接。所述回转轴9上设有圆盘17，叶轮18安装在所述回转轴9上时，叶轮18的底面安装在所述圆盘17上，为叶轮18的安装提供支撑。基于叶轮18轮毂通孔的不同，叶轮18的轮毂内可以设有不同规格的键槽19，所述回转轴9的外侧面设置不同标准的轴套，轴套顶端设置相应标准的轴套盖16进行固定，所述回转轴9穿过叶轮18轮毂的通孔，并将对应规格的平键***所述键槽19，使回转轴9上的圆盘17与叶轮18的后盖板连接，实现叶轮18和回转轴9的过盈配合，从而可以实现在回转轴9上装配不同规格的叶轮18，调整其转速，带动叶轮18转动产生自适应流场，水粒流在流场作用下打磨内流道，实现不同规格叶轮18的内流道自适应打磨，以适应超高转速下的高质量抛光。

所述桶体21的底端开口，所述桶体21的开口处安装有底板23，所述底板23通过支撑机构安装在所述升降台3上，所述支撑机构为若干个支撑所述底板23的支撑杆6，所述支撑杆6的一端安装在所述工作台1上，另一端顶装在所述底板23上，所述回转轴9穿过所述底板23与所述驱动机构连接，所述底板23与所述桶体21之间设有密封圈。

参见图2、4，所述桶体21的下方还设有圆环形槽8，所述圆环形槽8的外侧环形面81为波纹状，所述外侧环形面81具有弹性，所述外侧环形面81的顶部与所述桶体21的底部连接，所述圆环形槽8的内侧环形面82的直径小于或者等于所述底板23的直径，所述支撑杆6穿过所述内侧环形面82中间的通孔。

所述升降机构的下方设有磨料回收池5，所述磨料回收池5安装在所述工作台1上，所述圆环形槽8与所述磨料回收池5通过管道相连通，所述磨料回收池5与所述混料器7通过管道相连通。

所述升降台3的底部安装位置传感器13，所述混料器7上设有反馈装置14，所述反馈装置14与所述位置传感器13信号连接。

本发明的自适应涡流式叶轮抛光设备的使用方法包括以下步骤：

一、将叶轮18通过轴套和平键固定在回转轴9的圆盘17上，具体的，根据叶轮18的规格选择合适规格的轴套和平键，作为举例，本案例采用轮毂直径为400mm的半封闭式叶轮18，平键的规格为90×45mm,将轴套套在回转轴9上，回转轴9穿过叶轮18的轮毂中心，使叶轮18的后盖板装夹在回转轴9的圆盘17上，将平键***叶轮18轮毂上的键槽19，最后安装轴套盖16在回转轴9的顶端，实现叶轮18与回转轴9的固定连接，固定好叶轮18后，根据叶轮18的规格设置转动速度为150r/min-320r/min。

二、调整升降台3的高度，使升降台3顶部的顶拉件4的连接块卡紧研磨桶2的桶体21底面的凹槽，设置升降机构的现有高度为初始高度，对位置传感器13进行校零，便于在抛光过程中根据实际情况规划升降台3移动的时间、频率。

三、将碳化钨和二氧化硅混合磨料投入混料器7内，与抛光液、水进行充分混合，并设置水粒流的喷出量、输出速度和旋转喷头10的旋转速度，在本实施例中，混合磨料的直径在80μm-1.25mm之间，水粒流的喷出量为0.8L/min-6L/min,输出速度在0.1m/s-2m/s之间，旋转喷头10的角速度在πrad/s-2πrad/s内可调节，使旋转喷头10按照设置的参数持续或者间歇性的输送水粒流至研磨桶2。

四、研磨抛光开始，在混料器7的调控下，混料器7按照设置的参数持续将水粒流从旋转喷头10喷出，同时，驱动电机12驱动回转轴9转动，叶轮18随回转轴9高速转动，产生相应的涡流流场；研磨桶2的桶体21内壁光滑，水粒流与叶轮18的流道和表面充分接触，对叶轮18进行高速高质量抛光，随着水粒流输入量的增加和旋转速度的提升，涡流不断沿着研磨桶2的内壁上升，由于研磨桶2的锥形体22内壁上设置密集的波纹状的减速带11，缩短水粒流回落到叶轮18中心的时间。

五、抛光一定时间后，根据参数设置，升降台3伸展，向上推动研磨桶2，研磨桶2上升与底板23之间形成空隙，使部分带有杂质的水粒流通过空隙流入圆环形槽8，圆环形槽8的水粒流会通过管道流入底部的磨料回收池5，并输送至混料器7进行充分混合；同时，升降台3上的位置传感器13检测到升降台3的位置变化，将信号反馈至混料器7的反馈装置14，在反馈装置14的调控下，驱使混料器7充分混合由磨料回收池5流出的水粒流并实时补充研磨桶2内流失的水粒流，增加水粒流对叶轮18中间部分的抛光频率，且在具有喷射初速度的新水粒流的作用下，配合研磨桶2的减速带11，缩短正在高速抛光的水粒流从研磨桶2顶部回落至叶轮18中心的时间，实现水粒流的有效循环，水粒流在持续反复的涡流运动中均匀地去除叶轮18流道和表面的毛刺、氧化层、杂质等进而达到抛光的目的，提高叶轮18的抛光速度和质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，包括工作台（1）、研磨桶（2）、升降机构、驱动机构和混料器（7）；所述升降机构设置在所述工作台（1）上，所述研磨桶（2）安装在所述升降机构的上方，所述升降机构用于驱动所述研磨桶（2）升降；所述研磨桶（2）内转动设有回转轴（9），所述回转轴（9）上套设有轴套和轴套盖（16），所述回转轴（9）与所述驱动机构传动连接，所述驱动机构在叶轮（18）抛光过程中用于驱动回转轴（9）转动；所述混料器（7）的出料口与所述研磨桶（2）相连通。

2.根据权利要求1所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述研磨桶（2）为包括桶体（21）和安装在所述桶体（21）上的锥形体（22）。

3.根据权利要求2所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述锥形体（22）的内壁上设有减速带（11）。

4.根据权利要求3所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述减速带（11）为均布在所述锥形体（22）内壁上的纵向波纹状凸起，所述凸起的高度从下至上逐渐增大。

5.根据权利要求2所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述锥形体（22）内设有旋转喷头（10），所述旋转喷头（10）与所述混料器（7）的出料口相连通。

6.根据权利要求2所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述升降机构包括升降台（3）和设置在所述升降台（3）上的顶拉件（4），所述顶拉件（4）为环形，所述顶拉件（4）的顶部设有与所述桶体（21）的底部卡装配合的连接块。

7.根据权利要求6所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述桶体（21）的底端开口，所述桶体（21）的开口处安装有底板（23），所述底板（23）通过支撑机构安装在所述工作台（1）上。

8.根据权利要求7所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述桶体（21）的下方还设有圆环形槽（8），所述圆环形槽（8）的外侧环形面（81）为波纹状，所述外侧环形面（81）具有弹性，所述外侧环形面（81）的顶部与所述桶体（21）的底部连接，所述圆环形槽（8）的内侧环形面（82）的直径小于或者等于所述底板（23）的直径。

9.根据权利要求8所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述升降机构的下方设有磨料回收池（5），所述磨料回收池（5）安装在所述工作台（1）上，所述圆环形槽（8）与所述磨料回收池（5）相连通，所述磨料回收池（5）与所述混料器（7）相连通。

10.根据权利要求9所述的自适应涡流式叶轮抛光设备，其特征在于，所述升降台（3）的底部安装位置传感器（13），所述混料器（7）上设有反馈装置（14），所述反馈装置（14）与所述位置传感器（13）信号连接；所述回转轴（9）上设有圆盘（17）。