一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法及其裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法及裝置，其方法是將磨料與電解液進(jìn)行充分混合，形成帶負(fù)電的磨料電解液射流，作用于帶正電的工件，通過(guò)陽(yáng)極電化學(xué)溶解作用和磨料的機(jī)械研磨作用的復(fù)合，切除工件材料形成齒條。其裝置包括機(jī)架、混合倉(cāng)、夾具、高壓泵、電解液貯存槽、磨料箱、出液噴嘴及電源，混合倉(cāng)可上下移動(dòng)地設(shè)置在機(jī)架上并與電解液貯存槽和磨料箱連通，電解液和磨料在混合倉(cāng)中混合，并使工件帶正電荷，電解液帶負(fù)電荷，在高壓泵和出液噴嘴作用下，形成磨料電解液的射流而作用于工件。本發(fā)明發(fā)揮了電化學(xué)陽(yáng)極溶解作用和機(jī)械研磨作用各自的特長(zhǎng)，能滿(mǎn)足超厚高強(qiáng)度材料的高質(zhì)量切割要求，既提高切割質(zhì)量，又提高切割效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及金屬加工，尤其涉及一種利用高速?lài)娚潆娊夂湍チ仙淞鲝?fù)合切割超厚高強(qiáng)度海洋平臺(tái)爬升齒條的方法及對(duì)應(yīng)的加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前移動(dòng)式海洋平臺(tái)主要有自升式和半潛式兩種類(lèi)型，其中，自升式海洋平臺(tái)對(duì)水深適應(yīng)性強(qiáng)，工作穩(wěn)定性良好，發(fā)展較快，具有廣闊的市場(chǎng)前景。自升式海洋平臺(tái)的主要工作原理是利用多根帶有齒條的樁腿，通過(guò)齒輪齒條的傳遞，實(shí)現(xiàn)整個(gè)平臺(tái)的升降。因此，帶有齒條的樁腿是自升式海洋平臺(tái)的關(guān)鍵部件。
[0003]自升式海洋平臺(tái)的樁腿采用超厚高強(qiáng)度材料，大模數(shù)齒條是最大的加工難題。目前現(xiàn)有的加工方法包括:激光切割、等離子體切割、電火花線(xiàn)切割、火焰切割等。激光與等離子體切割厚度有限，成本又高；電火花線(xiàn)切割加工效率偏低；火焰切割會(huì)導(dǎo)致齒條齒面存在熱影響區(qū)和微裂紋，降低樁腿的運(yùn)行壽命。
[0004]高速?lài)娚潆娊馐抢媒饘訇帢O對(duì)高速電解液束輝光充負(fù)電，使之具有工具陰極的作用。帶負(fù)電的高速電解液束打入工件使工件按電解液束的形狀陽(yáng)極電化學(xué)溶解作用而成形。該方法加工效率高，并且加工表面質(zhì)量好。但是在陽(yáng)極電化學(xué)溶解過(guò)程中，工件表面容易形成鈍化膜，會(huì)阻止電化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致電解加工難以繼續(xù)，工件無(wú)法成形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法和對(duì)應(yīng)的加工裝置，以實(shí)現(xiàn)海洋平臺(tái)爬升齒條的高效優(yōu)質(zhì)加工。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，設(shè)計(jì)了包括下述步驟的齒條加工方法:
[0007]將磨料與電解液進(jìn)行充分混合，形成磨料電解液；
[0008]使所述磨料電解液帶負(fù)電,工件帶正電；
[0009]使帶負(fù)電的磨料電解液形成射流，并將該射流作用于工件，工件在磨料電解液的電化學(xué)溶解和機(jī)械研磨復(fù)合作用下，形成所述齒條。
[0010]上述電解液優(yōu)選濃度范圍為20-30%中性鈉鹽電解液，并且所采用磨料的粒徑為20-40nm，其中氧化物顆粒為優(yōu)選的磨料。用上述加工液形成的射流對(duì)工件進(jìn)行切割加工，其射流的流速為80-100m/s。
[0011]實(shí)現(xiàn)上述加工方法的一種切割裝置，包括機(jī)架(I)、混合倉(cāng)(26)、工作臺(tái)(17)、夾具(21)、高壓泵(19)、電解液貯存槽(18)、磨料箱(10)、電解液輸送管(27)、磨料輸送管
(28)、出液噴嘴(8)及電源(16)，所述混合倉(cāng)(26)可上下移動(dòng)地設(shè)置在機(jī)架(I)上，并分別通過(guò)所述電解液輸送管(27)、磨料輸送管(28)分別與電解液貯存槽(18)和磨料箱(10)連通，電解液和磨料在混合倉(cāng)(26)中混合形成磨料電解液，高壓泵(19)設(shè)置在電解液輸送管(27)上，在混合倉(cāng)(26)下側(cè)設(shè)有用于高壓噴出磨料電解液的出液噴嘴(8)，所述工作臺(tái)
(17)可直線(xiàn)移動(dòng)地設(shè)置于與噴嘴(8)相對(duì)一側(cè)，所述夾具(21)置于工作臺(tái)(17)上，所述電源(16)的正負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)(32)分別連接夾具(21)和混合倉(cāng)(26)，使夾具(21)所夾的工件和噴嘴⑶噴出的加工液分別帶正負(fù)電荷。
[0012]進(jìn)一步的，所述混合倉(cāng)(26)包括料倉(cāng)本體(4)、高壓接頭(5)、進(jìn)料接頭(12)、濾芯
(3)和出液噴嘴座(15)，所述料倉(cāng)本體(4)的內(nèi)腔設(shè)有相互連通的第一進(jìn)料腔(41)和第二進(jìn)料腔(42)，第一進(jìn)料腔(41)兩端口分別形成電解液輸入口和磨料電解液輸出口，第二進(jìn)料腔(42) —端口形成所述磨料輸入口，所述高壓接頭(5)和進(jìn)料接頭(12)分別連接電解液輸入口和磨料輸入口，液噴嘴(8)通過(guò)所述出液噴嘴座(15)設(shè)置在所述輸出口上，濾芯
(13)置于第一進(jìn)料腔(41)內(nèi)，且一端與高壓接頭(5)連接一端與出液噴嘴(8)連接，濾芯(13)的內(nèi)腔形成電解液和磨料的混合腔。
[0013]更進(jìn)一步的，所述混合倉(cāng)還包括雙錐墊(6)、密封座(9)和密封墊，所述高壓接頭
(5)與濾芯(13)對(duì)應(yīng)端之間通過(guò)依次設(shè)置的所述雙錐墊(6)和密封座(9)進(jìn)行連接。
[0014]所述混合倉(cāng)還包括錐套(24)、擋圈(14)和鎖緊螺母(23)，所述錐套(24)設(shè)置在磨料電解液輸出口上，設(shè)有出液噴嘴(8)的出液噴嘴座(15)設(shè)置在錐套(24)上，并且在液噴嘴⑶與濾芯(13)對(duì)應(yīng)端之間設(shè)置擋圈(14)。
[0015]在上述混合倉(cāng)的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步的，所述混合倉(cāng)的磨料電解液輸出口一端旋接鎖緊螺母(23)，所述鎖緊螺母(23)上設(shè)有使出液噴嘴(8)伸出的限位孔，錐套(24)通過(guò)該限位孔進(jìn)行軸向定位，所述進(jìn)料接頭(12)上旋接進(jìn)料接頭蓋(11)，該接頭蓋(11)通過(guò)磨料輸送管(28)與磨料箱(10)連接。
[0016]其中，料倉(cāng)本體(26)中的第一進(jìn)料腔(41)為垂直并貫通的圓柱形腔，第二進(jìn)料腔
(42)為以銳角與第一進(jìn)料腔(41)斜交的圓柱形腔。
[0017]對(duì)于上述的切割裝置，使混合倉(cāng)(26)可上下移動(dòng)地設(shè)置在機(jī)架(I)上的方式之一是，在混合倉(cāng)(26) —側(cè)設(shè)置螺母支架(3)，并機(jī)架(I)對(duì)應(yīng)位置設(shè)有絲桿(2)，螺母支架(3)旋接在絲桿(2)上，絲桿(2)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母支架(3)帶動(dòng)混合倉(cāng)(26)上下移動(dòng)。
[0018]上述本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的方法以噴射電解的電化學(xué)陽(yáng)極溶解作用去除材料為主，并用磨料對(duì)加工表面的機(jī)械研磨作用去除電化學(xué)陽(yáng)極溶解形成的鈍化膜，將電化學(xué)陽(yáng)極溶解作用與噴射磨料機(jī)械研磨作用進(jìn)行復(fù)合，發(fā)揮了電化學(xué)陽(yáng)極溶解作用和機(jī)械研磨作用各自的特長(zhǎng)，能滿(mǎn)足超厚高強(qiáng)度材料的高質(zhì)量切割要求，既提高切割質(zhì)量，又提高切割效率，同時(shí)實(shí)施本發(fā)明方法的裝置其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝、檢修。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的海洋平臺(tái)爬升齒條的切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中，1、機(jī)架，2、絲桿，3、螺母支架，4、料倉(cāng)本體，41，42，43，44，45，5、高壓接頭，6、雙錐墊，8，出液噴嘴，9、密封座，10、磨料箱，11、進(jìn)料接頭蓋，12、進(jìn)料接頭，13、濾芯，14、擋圈，15、出液噴嘴座，16、電源，17、工作臺(tái)，18、電解液貯存槽，19、高壓泵，20、工作箱，21、夾具，22、工件，23、鎖緊螺母，24、錐套，26、混合倉(cāng)，27、電解液輸送管，28、磨料輸送管，32、導(dǎo)線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明方法將結(jié)合下述的切割裝置做詳細(xì)說(shuō)明，因此首先結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明裝置做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]如圖1，本發(fā)明的切割裝置具有一個(gè)混合倉(cāng)26，該混合倉(cāng)26可上下移動(dòng)地設(shè)置在機(jī)架I上，本實(shí)施例采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)方式使在混合倉(cāng)26實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，即在混合倉(cāng)26 —側(cè)設(shè)置螺母支架3，并在機(jī)架I對(duì)應(yīng)位置設(shè)置絲桿2，螺母支架3旋接在絲桿2上，絲桿2轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母支架3帶動(dòng)混合倉(cāng)26上下移動(dòng)。
[0023]而混合倉(cāng)26分別通過(guò)電解液輸送管27、磨料輸送管28與電解液貯存槽18和磨料箱10連通，并在電解液輸送管27上設(shè)置高壓泵19，將電解液貯存槽18中的電解液高壓泵入混合倉(cāng)中，磨料箱10中的磨料由磨料輸送管28送入混合倉(cāng)26，電解液和磨料在混合倉(cāng)26內(nèi)混合，形成磨料電解液，噴嘴8設(shè)置在混合倉(cāng)26 —側(cè)的，用于高壓噴出磨料電解液。工作臺(tái)17設(shè)置在與噴嘴8相對(duì)一側(cè)并可做直線(xiàn)移動(dòng)，夾具21置于該工作臺(tái)17上，電源16的正負(fù)極分別通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)32連接夾具21和混合倉(cāng)26，使夾具21所夾的工件和噴嘴8噴出的加工液分別帶正負(fù)電荷。
[0024]對(duì)于上述的混合倉(cāng)26進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是這樣的:它主要由料倉(cāng)本體4、高壓接頭5、進(jìn)料接頭12、濾芯13、出液噴嘴座15和鎖緊螺母23組成；料倉(cāng)本體4的內(nèi)腔設(shè)有相互連通的第一進(jìn)料腔41和第二進(jìn)料腔42 ;—個(gè)優(yōu)選的方案是:第一進(jìn)料腔41為垂直并貫通的圓柱形腔，第二進(jìn)料腔42是以銳角與第一進(jìn)料腔41斜交的圓柱形腔，第一進(jìn)料腔41兩端口分別形成電解液輸入口和磨料電解液輸出口 45,第二進(jìn)料腔42 —端口交于第一進(jìn)料腔41，一端口形成磨料輸入口 44 ;高壓接頭5和進(jìn)料接頭12分別螺旋連接于電解液輸入口43和磨料輸入口 44，進(jìn)料接頭12還通過(guò)一個(gè)與之螺旋連接的進(jìn)料接頭蓋11與磨料輸送管28連接；在上述磨料電解液輸出口 45上設(shè)置出液噴嘴座15，出液噴嘴8設(shè)置在該出液噴嘴座15上；濾芯13制成閉環(huán)形狀并置于第一進(jìn)料腔41中，同時(shí)一端與高壓接頭5連接一端與出液噴嘴8連接。當(dāng)電解液貯存槽18中的電解液被高壓泵19泵入第一進(jìn)料腔41時(shí)形成高速的流體通過(guò)濾芯13，使濾芯13的內(nèi)側(cè)形成負(fù)壓，該負(fù)壓會(huì)不斷地將由第二進(jìn)料腔42中的磨料吸入，使磨料不斷進(jìn)入濾芯13中與高速流動(dòng)的電解液混合，從而使濾芯13的內(nèi)腔成為電解液和磨料的混合腔。
[0025]為了使濾芯13內(nèi)腔具有更好的負(fù)壓效果，與濾芯13連接的結(jié)合面應(yīng)具有更好的密封效果。為此，在高壓接頭5與濾芯13的對(duì)應(yīng)端之間依次設(shè)置雙錐墊6和密封座9，雙錐墊6的軸向兩端密封座9的密封端面與濾芯13的對(duì)應(yīng)端結(jié)合，在旋緊高壓接頭5時(shí)，通過(guò)錐墊6兩端的錐面分別與高壓接頭5和密封座9中對(duì)應(yīng)進(jìn)料孔51、91的孔壁的緊密結(jié)合，使各相鄰零部件結(jié)合面均衡下壓密封座9使之與濾芯13上端面密封結(jié)合。
[0026]出于同樣的目的，在濾芯13對(duì)應(yīng)于噴嘴一端與噴嘴座之間設(shè)有擋圈14，擋圈14上設(shè)有與濾芯13對(duì)應(yīng)端面能密封連接的結(jié)合面；在磨料電解液輸出口內(nèi)側(cè)設(shè)置具有內(nèi)錐面的錐套24，具有與之相適配外錐面的出液噴嘴座15置于錐套24中，使出液噴嘴座15及出液噴嘴8通過(guò)錐面配合進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
[0027]為了使濾芯13與擋圈14的結(jié)合面結(jié)合更緊密，在磨料電解液輸出口一端設(shè)置鎖緊螺母23，在鎖緊螺母23上設(shè)置軸向的限位孔231，并使錐套24在該限位孔231上進(jìn)行軸向定位，旋緊鎖緊螺母23，鎖緊螺母23通過(guò)其上限位孔231、錐套24、出液噴嘴座15對(duì)擋圈14施以軸向力，使擋圈14與濾芯13結(jié)合更緊密，
[0028]下面根據(jù)上述本發(fā)明裝置來(lái)說(shuō)明本發(fā)明方法，[0029](I)首先在電解液貯存槽18中加入濃度為20-30%中性鈉鹽電解液，并在磨料箱10內(nèi)加入粒徑為20-40nm氧化物顆粒磨料；將工件裝夾在工作臺(tái)17上的夾具21中；將正電極接入電解液，負(fù)電極接夾具21 ；
[0030](2)通過(guò)旋轉(zhuǎn)絲桿2調(diào)整螺母支架的高度來(lái)調(diào)整加工間隙，例如將出液噴嘴口與工件表面的距離縮短至Imm以?xún)?nèi)；
[0031](3)啟動(dòng)高壓泵，初設(shè)壓力小于1.5MPa，高壓泵19將電解液貯存槽18中的所述電解液通過(guò)電解液輸送管27泵入混合料倉(cāng)中，經(jīng)高壓接頭5、雙錐墊6和密封座9以一定速流入濾芯13中，濾芯13的管壁處會(huì)產(chǎn)生一定負(fù)壓，濾料在負(fù)壓和重力共同作用下，不斷由磨料箱10經(jīng)磨料輸送管28和進(jìn)料接頭12被吸入濾芯13中，與電解液進(jìn)行充分混合，形成磨料電解液，該磨料電解液經(jīng)出液噴嘴25噴出，形成磨料電解液射流，
[0032](4)調(diào)整高壓泵的壓力，形成高速(>80m/s)磨料電解射流，同時(shí)打開(kāi)電源，逐步提高電壓至200V以上；
[0033](5)控制工作臺(tái)按照齒形輪廓數(shù)控運(yùn)動(dòng)，磨料電解液射流對(duì)工件進(jìn)行切割，從而獲得齒條。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法，其特征在于:包括下述步驟: 將磨料與電解液進(jìn)行充分混合，形成磨料電解液； 使所述磨料電解液帶負(fù)電，工件帶正電； 使帶負(fù)電的磨料電解液形成射流，并將該射流作用于工件，工件在磨料電解液的電化學(xué)陽(yáng)極溶解和機(jī)械研磨復(fù)合作用下，形成所述齒條。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法，其特征在于:所述電解液為濃度為20-30%中性鈉鹽電解液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法，其特征在于:所述磨料的粒徑為20-40nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法，其特征在于:所述磨料為氧化物顆粒。
5.根據(jù) 權(quán)利要求1所述一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割方法，其特征在于:磨料電解液形成射流時(shí)的流速為80-100m/s。
6.一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割裝置，包括機(jī)架(1)、混合倉(cāng)(26)、工作臺(tái)(17)、夾具(21)、高壓泵(19)、電解液貯存槽(18)、磨料箱(10)、電解液輸送管(27)、磨料輸送管(28)、出液噴嘴(8)及電源(16)，所述混合倉(cāng)(26)可上下移動(dòng)地設(shè)置在機(jī)架(1)上，并分別通過(guò)所述電解液輸送管(27 )、磨料輸送管(28 )分別與電解液貯存槽(18 )和磨料箱(10 )連通，電解液和磨料在混合倉(cāng)(26 )中混合形成磨料電解液，高壓泵(19 )設(shè)置在電解液輸送管(27 )上，在混合倉(cāng)(26)下側(cè)設(shè)有用于高壓噴出磨料電解液的出液噴嘴(8)，所述工作臺(tái)(17)可直線(xiàn)移動(dòng)地設(shè)置于與噴嘴(8)相對(duì)一側(cè)，所述夾具(21)置于工作臺(tái)(17)上，所述電源(16)的正負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)(32)分別連接夾具(21)和混合倉(cāng)(26)，使夾具(21)所夾的工件和噴嘴(8)噴出的加工液分別帶正負(fù)電荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割裝置，其特征在于:所述混合倉(cāng)(26 )包括料倉(cāng)本體(4 )、高壓接頭(5 )、進(jìn)料接頭(12 )、濾芯(13 )和出液噴嘴座(15 ); 所述料倉(cāng)本體(4)的內(nèi)腔設(shè)有相互連通的第一進(jìn)料腔(41)和第二進(jìn)料腔(42)，第一進(jìn)料腔(41)兩端口分別形成電解液輸入口和磨料電解液輸出口，第二進(jìn)料腔(42) —端口形成所述磨料輸入口，所述高壓接頭(5 )和進(jìn)料接頭(12 )分別連接電解液輸入口和磨料輸入口，出液噴嘴(8)通過(guò)所述出液噴嘴座(15)設(shè)置在所述輸出口上，濾芯(13)置于第一進(jìn)料腔(41)內(nèi)，且一端與高壓接頭(5)連接一端與出液噴嘴(8)連接，濾芯(13)的內(nèi)腔形成電解液和磨料的混合腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割裝置，其特征在于:所述混合倉(cāng)還包括雙錐墊(6)、密封座(9)和密封墊，所述高壓接頭(5)與濾芯(13)對(duì)應(yīng)端之間通過(guò)依次設(shè)置的所述雙錐墊(6)和密封座(9)進(jìn)行連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割裝置，其特征在于:所述混合倉(cāng)還包括錐套(24)、擋圈(14)和鎖緊螺母(23 )，所述錐套(24)設(shè)置在磨料電解液輸出口上，設(shè)有出液噴嘴(8)的出液噴嘴座(15)設(shè)置在錐套(24)上，并且在液噴嘴(8)與濾芯(13)對(duì)應(yīng)端之間設(shè)置擋圈(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種海洋平臺(tái)爬升齒條的切割裝置，其特征在于:所述混合倉(cāng)的磨料電解液輸出口一端旋接鎖緊螺母(23)，所述鎖緊螺母(23)上設(shè)有使出液噴嘴(8)伸出的限位孔，錐套(24 )通過(guò) 該限位孔進(jìn)行軸向定位。
【文檔編號(hào)】B23H5/08GK104028863SQ201410268858
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】張華 , 張曉衛(wèi), 錢(qián)雙慶, 華亮 申請(qǐng)人:南通大學(xué)