醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，能夠有效解決現(xiàn)有加工設(shè)備無(wú)法滿足鈦合金微小零件的高精度要求的問(wèn)題。醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，包括支架、設(shè)置在支架上的升降機(jī)構(gòu)、設(shè)置在升降機(jī)構(gòu)上與支架豎直滑動(dòng)連接的超聲波振動(dòng)器、設(shè)置在超聲波振動(dòng)器上的磁流變液容器、設(shè)置在磁流變液容器上的至少一塊永磁鐵、設(shè)置在支架上部夾持待加工零件在磁流變液中做公自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)磁流變液、工件公自轉(zhuǎn)與超聲振動(dòng)共同作用同步實(shí)現(xiàn)醫(yī)用鈦合金微小件拋光，克服了現(xiàn)有拋光方法的不足和應(yīng)用局限性，提高了拋光效率，系統(tǒng)構(gòu)成及控制方法簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前常用的拋光工藝有:電化學(xué)拋光、電解拋光、超聲波拋光等，能有效的解決鈦合金工件表面拋光難的問(wèn)題，但它們卻各自有著難以解決的技術(shù)缺點(diǎn)和不足。電化學(xué)拋光與電解拋光不受工件材料硬度和韌性的限制，但不易獲得較高的加工精度，且加工時(shí)雜散腐蝕現(xiàn)象較嚴(yán)重。超聲波拋光適合拋光各種硬脆材料，且拋光質(zhì)量高，表面粗糙度可達(dá)Ra0.63?0.08 μ m，但超聲波拋光只能用于加工非導(dǎo)電材料，而且受超聲振幅和功率的限制，超聲波拋光僅適于窄槽圓角、棱角等局部加工，大面積的拋光效率較低。
[0003]磁流變液是將微米尺寸的磁性顆粒分散于絕緣載液中形成的具有可控流變行為的懸浮液體，其流變特性隨外加磁場(chǎng)變化而變化。磁流變液在未加磁場(chǎng)時(shí)流變特性與普通牛頓流體相似，當(dāng)受到一定強(qiáng)度磁場(chǎng)作用時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生明顯的磁流變效應(yīng)，其表觀粘度系數(shù)增加兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，會(huì)變成類似“固體”的狀態(tài)，一旦去掉磁場(chǎng)后，又變成可以流動(dòng)的液體。在磁場(chǎng)作用下的磁流變效應(yīng)，使磁流變液體在液態(tài)和固態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，具有可逆、可控、反應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)。磁流變液的剪切屈服應(yīng)力比電流變液大一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且磁流變液具有良好的動(dòng)力學(xué)和溫度穩(wěn)定性，因此，與電流變液相比，應(yīng)用范圍更廣范。
[0004]1992年白俄羅斯的Kordonski等人最早將磁流變技術(shù)應(yīng)用于光學(xué)加工。1995年美國(guó)羅切斯特大學(xué)光學(xué)制造中心和Kordonski合作，將磁流變拋光技術(shù)應(yīng)用到光學(xué)加工中，使熔石英球面元件表面粗糙度降低到0.Snm(RMS)，面形誤差0.09 μ m,BK7非球面光學(xué)元件表面粗糙度降低到Inm(RMS)面形誤差0.86 μ m。Kordonsk等人還將射流拋光技術(shù)與磁流變拋光技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明了一種新的拋光方法，磁流變射流拋光，這種加工方式可以有效解決深凹面或內(nèi)腔的拋光加工。
[0005]我國(guó)近年來(lái)對(duì)磁流變拋光技術(shù)也進(jìn)行了研究，長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所等單位對(duì)磁流變拋光理論進(jìn)行了探討，研制了磁流變拋光設(shè)備，同時(shí)他們還和復(fù)旦大學(xué)合作研制出油基磁流變液，進(jìn)行了磁流變拋光實(shí)驗(yàn)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了適合于磁流變拋光的水基磁流變液，在自制的磁流變拋光實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上，對(duì)光學(xué)玻璃、微晶玻璃等材料進(jìn)行了拋光實(shí)驗(yàn)，初步研究了各拋光參數(shù)的影響，研究了拋光去除特性和面形控制技術(shù)。清華大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)研制了磁流變拋光設(shè)備。但這些都停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，尚未得到實(shí)際應(yīng)用。
[0006]目前對(duì)鈦合金的拋光法的研究，西北有色金屬研究院自主設(shè)計(jì)開發(fā)出來(lái)一種新型醫(yī)用β型鈦合金，并對(duì)生物醫(yī)用TLM鈦合金毛細(xì)管的電化學(xué)拋光進(jìn)行了研究。北京航空航天大學(xué)研究了鈦合金的環(huán)保電化學(xué)拋光工藝。大連大學(xué)在電解拋光鈦合金植入物的過(guò)程中引入功率超聲波，研究并分析了功率超聲波對(duì)電解拋光過(guò)程的作用及對(duì)拋光效果的影響。以上這些鈦合金拋光法目前還在理論研究階段，還沒(méi)有在生產(chǎn)實(shí)踐中得到大規(guī)模的應(yīng)用。
[0007]雖然目前有一些可用于醫(yī)用鈦合金(如接骨板和接骨螺釘?shù)?的傳統(tǒng)拋光方法，但很難達(dá)到要求的加工效果，而且效率較低。一方面由于拋光區(qū)域的尺寸較小，這就要求拋光工具的尺寸也要相應(yīng)減小，微型拋光工具的制造有一定困難，而且將拋光區(qū)域限制在很小的范圍內(nèi)在技術(shù)上也存在難度；另一方面，將盡可能多的游離磨料盡可能長(zhǎng)時(shí)間地聚集在加工區(qū)域?qū)μ岣邟伖庑适菢O其重要的，然而由于拋光區(qū)域較小，游離磨料難以高密度地、長(zhǎng)時(shí)間地局部集中在拋光工具和非球面的較小接觸區(qū)域，因此很難達(dá)到預(yù)期的研拋加工效果。另外，還必須克服拋光中工具的磨損，提高拋光工具與非球面區(qū)域的貼覆性或柔順性，以獲得高質(zhì)量的拋光表面。
[0008]要滿足醫(yī)用鈦合金微小零件的高精度要求，并在此基礎(chǔ)上力求提高拋光加工效率柔順性，就必須在完善傳統(tǒng)的精密加工方法的同時(shí)，尋找采用新原理的鈦合金加工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，能夠有效解決現(xiàn)有加工設(shè)備無(wú)法滿足鈦合金微小零件的高精度要求的問(wèn)題。
[0010]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，包括支架、設(shè)置在支架上的升降機(jī)構(gòu)、設(shè)置在升降機(jī)構(gòu)上與支架豎直滑動(dòng)連接的超聲波振動(dòng)器、設(shè)置在超聲波振動(dòng)器上的磁流變液容器、設(shè)置在磁流變液容器上的至少一塊永磁鐵、設(shè)置在支架上部夾持待加工零件在磁流變液中做公自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選的，所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括固定在支架頂部的調(diào)速電機(jī)、通過(guò)中軸與支架頂部轉(zhuǎn)動(dòng)連接的公轉(zhuǎn)盤，所述公轉(zhuǎn)盤與調(diào)速電機(jī)之間通過(guò)皮帶傳動(dòng)，所述公轉(zhuǎn)盤上方的中軸上還套有太陽(yáng)齒輪，所述太陽(yáng)齒輪旁均布有至少兩個(gè)行星齒輪，所述公轉(zhuǎn)盤上開有與行星齒輪的輪軸相適配的通孔，所述行星齒輪的輪軸向下穿過(guò)公轉(zhuǎn)盤，所述行星齒輪的輪軸與公轉(zhuǎn)盤的通孔之間設(shè)有滾動(dòng)軸承，所述行星齒輪的輪軸下端設(shè)有夾持待加工零件的工件夾具；通過(guò)行星齒輪組件實(shí)現(xiàn)待加工零件的公轉(zhuǎn)和自傳，本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。
[0012]優(yōu)選的，所述磁流變液容器為頂部開口空心圓柱形，所述磁流變液容器底部設(shè)有向外的凸邊，所述超聲波振動(dòng)器頂部設(shè)有與磁流變液容器底部接觸的振動(dòng)柱，所述磁流變液容器通過(guò)夾緊組件固定在超聲波振動(dòng)器上；
[0013]所述夾緊組件包括上盤體和下盤體，所述上盤體為中部開有與磁流變液容器相適配的上中心孔，所述上中心孔旁的上盤體上設(shè)有向上空心的上固定柱，所述上固定柱通過(guò)螺栓與磁流變液容器側(cè)壁固定連接；
[0014]所述下盤體的中部開有與超聲波振動(dòng)器的振動(dòng)柱相適配的下中心孔，所述下中心孔旁的下盤體上設(shè)有向下空心的下固定柱，所述下固定柱通過(guò)螺栓與振動(dòng)柱固定連接；
[0015]所述上盤體、磁流變液的凸邊、下盤體通過(guò)螺栓固定連接；能將磁流變液容器與超聲波振動(dòng)器緊密的連接在一起，確保振動(dòng)效果。
[0016]優(yōu)選的，所述超聲波振動(dòng)器固定在導(dǎo)軌盤上，所述支架上設(shè)有四個(gè)穿過(guò)導(dǎo)軌盤的導(dǎo)柱，所述導(dǎo)軌盤與導(dǎo)柱之間設(shè)有直線軸承；便于超聲波振動(dòng)器和磁流變液容器上下運(yùn)動(dòng)到合適的位置。
[0017]優(yōu)選的，所述升降機(jī)構(gòu)為手動(dòng)液壓千斤頂；方便控制，節(jié)約制造成本。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)通過(guò)磁流變液、工件公自轉(zhuǎn)與超聲振動(dòng)共同作用同步實(shí)現(xiàn)醫(yī)用鈦合金微小件拋光，克服了現(xiàn)有拋光方法的不足和應(yīng)用局限性，提高了拋光效率；
[0019](2)將磁流變液和超聲振動(dòng)相結(jié)合，系統(tǒng)構(gòu)成及控制方法簡(jiǎn)單，可解決復(fù)雜自由曲面鈦合金成型小零件的表面光整加工問(wèn)題；
[0020](3)超聲振動(dòng)磁流變公自轉(zhuǎn)復(fù)合拋光機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度大、拋光去除率大，結(jié)構(gòu)控制簡(jiǎn)單，加工方便，拋光效率高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)中磁流變液容器與超聲波振動(dòng)器連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參閱圖1為本發(fā)明醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)的實(shí)施例，醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，包括支架1、設(shè)置在支架I上的手動(dòng)液壓千斤頂2、設(shè)置在手動(dòng)液壓千斤頂2上與支架I豎直滑動(dòng)連接的超聲波振動(dòng)器3、設(shè)置在超聲波振動(dòng)器3上的磁流變液容器4、設(shè)置在磁流變液容器4上的均勻分布的四塊永磁鐵5、設(shè)置在支架上部夾持待加工零件在磁流變液中做公自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。
[0024]所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括固定在支架頂部的調(diào)速電機(jī)6、通過(guò)中軸7與支架頂部轉(zhuǎn)動(dòng)連接的公轉(zhuǎn)盤8，所述公轉(zhuǎn)盤8與調(diào)速電機(jī)6之間通過(guò)皮帶傳動(dòng)，所述公轉(zhuǎn)盤8上方的中軸7上還套有太陽(yáng)齒輪9，所述太陽(yáng)齒輪旁均布有至少兩個(gè)行星齒輪10，所述公轉(zhuǎn)盤8上開有與行星齒輪10的輪軸相適配的通孔，所述行星齒輪10的輪軸向下穿過(guò)公轉(zhuǎn)盤8，所述行星齒輪10的輪軸與公轉(zhuǎn)盤8的通孔之間設(shè)有滾動(dòng)軸承11，所述行星齒輪10的輪軸下端設(shè)有夾持待加工零件的工件夾具12。
[0025]所述超聲波振動(dòng)器3固定在導(dǎo)軌盤19上，所述支架I上設(shè)有四個(gè)穿過(guò)導(dǎo)軌盤19的導(dǎo)柱20，所述導(dǎo)軌盤19與導(dǎo)柱20之間設(shè)有直線軸承。
[0026]如圖2所示，所述磁流變液容器4為頂部開口空心圓柱形，所述磁流變液容器4底部設(shè)有向外的凸邊13，所述超聲波振動(dòng)器3頂部設(shè)有與磁流變液容器4底部接觸的振動(dòng)柱14，所述磁流變液容器4通過(guò)夾緊組件固定在超聲波振動(dòng)器3上；
[0027]所述夾緊組件包括上盤體15和下盤體16，所述上盤體15為中部開有與磁流變液容器4相適配的上中心孔，所述上中心孔旁的上盤體15上設(shè)有向上空心的上固定柱17，所述上固定柱17通過(guò)螺栓與磁流變液容器4側(cè)壁固定連接；
[0028]所述下盤體16的中部開有與超聲波振動(dòng)器3的振動(dòng)柱14相適配的下中心孔，所述下中心孔旁的下盤體16上設(shè)有向下空心的下固定柱18，所述下固定柱18通過(guò)螺栓與振動(dòng)柱14固定連接；
[0029]所述上盤體15、磁流變液的凸邊13、下盤體16通過(guò)螺栓固定連接。
[0030]本裝置中，永磁鐵使磁流變液形成間隔狀的毛刷，先將待加工醫(yī)用鈦合金微小件固定在工件夾具上，然后操作手動(dòng)液壓千斤頂使磁流變液容器升起，使醫(yī)用鈦合金微小件全部浸入磁流變液中，啟動(dòng)調(diào)速電機(jī)，調(diào)速電機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)公轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，公轉(zhuǎn)盤使行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)行星齒輪除了繞太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)其自身也在自傳，使得下部的醫(yī)用鈦合金微小件也在進(jìn)行公轉(zhuǎn)和自傳，同時(shí)施加超聲振動(dòng)，使得鏈狀毛刷與工件表面充分接觸，可使工件表面拋光均勻，且拋光效率高，工作時(shí)采用永磁式環(huán)形間隔永磁體，可形成交替的“柔性研磨層”，保證了拋光的穩(wěn)定性。
[0031]我們利用兩組工件做實(shí)驗(yàn)，本項(xiàng)目組對(duì)此次實(shí)驗(yàn)采用以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn):
[0032](I)將升降裝置降至最低位置，在拋光容器中加入500ml磁流變液，在容器外圍和內(nèi)圈各貼上4塊強(qiáng)力永磁鐵；
[0033](2)利用夾具將鈦合金工件固定在工件軸上，然后將升降裝置升高到某一位置，使工件完全浸沒(méi)在磁流變拋光裝置加工區(qū)域的磁流變液中；
[0034](3)起動(dòng)電機(jī)和超聲振動(dòng)器，按照需要調(diào)節(jié)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和加工時(shí)間；
[0035](4)待機(jī)器停止后5分鐘，將升降裝置降至最低位置，取出工件，清洗后干燥保存，進(jìn)行檢測(cè)，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；
[0036](5)整理試驗(yàn)臺(tái)。
[0037]第一工件拋光加工前的表面粗糙度值Ra最大值為0.254 μ m,經(jīng)過(guò)三次類似加工后，其表面粗糙度值Ra最小可加工至0.016 μ m ;第二工件拋光加工前的表面粗糙度值Ra最大值為0.294 μ m,經(jīng)過(guò)三次類似加工后，其表面粗糙度值Ra最小可加工至0.019 μ m。從實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)可看出，醫(yī)用鈦合金微小件經(jīng)過(guò)拋光加工后，其表面表面粗糙度值Ra有了明顯改善。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的技術(shù)特征并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，其特征在于:包括支架(1)、設(shè)置在支架(1)上的升降機(jī)構(gòu)、設(shè)置在升降機(jī)構(gòu)上與支架(1)豎直滑動(dòng)連接的超聲波振動(dòng)器(3)、設(shè)置在超聲波振動(dòng)器(3)上的磁流變液容器(4)、設(shè)置在磁流變液容器(4)上的至少一塊永磁鐵(5)、設(shè)置在支架上部夾持待加工零件在磁流變液中做公自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，其特征在于:所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括固定在支架頂部的調(diào)速電機(jī)(6)、通過(guò)中軸(7)與支架頂部轉(zhuǎn)動(dòng)連接的公轉(zhuǎn)盤(8)，所述公轉(zhuǎn)盤⑶與調(diào)速電機(jī)(6)之間通過(guò)皮帶傳動(dòng)，所述公轉(zhuǎn)盤⑶上方的中軸(7)上還套有太陽(yáng)齒輪(9)，所述太陽(yáng)齒輪旁均布有至少兩個(gè)行星齒輪(10)，所述公轉(zhuǎn)盤(8)上開有與行星齒輪(10)的輪軸相適配的通孔，所述行星齒輪(10)的輪軸向下穿過(guò)公轉(zhuǎn)盤(8)，所述行星齒輪(10)的輪軸與公轉(zhuǎn)盤(8)的通孔之間設(shè)有滾動(dòng)軸承(11)，所述行星齒輪(10)的輪軸下端設(shè)有夾持待加工零件的工件夾具(12)。
3.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，其特征在于:所述磁流變液容器(4)為頂部開口空心圓柱形，所述磁流變液容器(4)底部設(shè)有向外的凸邊(13)，所述超聲波振動(dòng)器(3)頂部設(shè)有與磁流變液容器(4)底部接觸的振動(dòng)柱(14)，所述磁流變液容器(4)通過(guò)夾緊組件固定在超聲波振動(dòng)器(3)上； 所述夾緊組件包括上盤體(15)和下盤體(16)，所述上盤體(15)為中部開有與磁流變液容器(4)相適配的上中心孔，所述上中心孔旁的上盤體(15)上設(shè)有向上空心的上固定柱(17)，所述上固定柱(17)通過(guò)螺栓與磁流變液容器(4)側(cè)壁固定連接； 所述下盤體(16)的中部開有與超聲波振動(dòng)器(3)的振動(dòng)柱(14)相適配的下中心孔，所述下中心孔旁的下盤體(16)`上設(shè)有向下空心的下固定柱(18)，所述下固定柱(18)通過(guò)螺栓與振動(dòng)柱(14)固定連接； 所述上盤體(15)、磁流變液的凸邊(13)、下盤體(16)通過(guò)螺栓固定連接。
4.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，其特征在于:所述超聲波振動(dòng)器(3)固定在導(dǎo)軌盤(19)上，所述支架(1)上設(shè)有四個(gè)穿過(guò)導(dǎo)軌盤(19)的導(dǎo)柱(20)，所述導(dǎo)軌盤(19)與導(dǎo)柱(20)之間設(shè)有直線軸承。
5.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用鈦合金微小件超聲波磁流變復(fù)合拋光機(jī)，其特征在于:所述升降機(jī)構(gòu)為手動(dòng)液壓千斤頂(2)。
【文檔編號(hào)】B24B1/04GK103522129SQ201310467456
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】王鴻云, 方明, 趙浩興, 翁艷, 許志強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江科惠醫(yī)療器械有限公司