管材內表面噴砂處理設備的製作方法

2023-05-29 12:35:16 2

專利名稱:管材內表面噴砂處理設備的製作方法
本發明屬於噴砂處理用的設備。即藉助於一些容器、管道、閥門、噴嘴等將磨料混入帶壓力的空氣流中，然後噴射到要處理的工件內表面上，以達到清除規定厚度層的目的。
關於管材內表面的噴砂處理設備和方法，目前技術水平及其形式各不相同。例如，西德專利DE 3232994是一種噴砂裝置，它使用空氣作為載流體，既可以進行幹噴，又可以進行溼噴;美國專利US 3914815是管內表面清理裝置，它使用磨料漿噴射清理管內表面，磨料漿被專門設計的機構供給的氣體推動，從而將脈動壓力傳給噴嘴;日本專利昭60-263671是管材內表面的噴砂方法，被清理管的一端藉助於空氣抽吸裝置產生的吸力作用使磨料和空氣一起從管的另一端噴出，從而磨削了管材內表面。
但是，現有的管材內表面噴砂處理的設備和方法，它們都僅僅是為了去除管內表面的汙物、氧化皮、鏽跡等。只要把這些去除，管內拋光打亮就達到了目的，至於處理時管壁減薄量的多少，處理後管內表面中部與兩端孔徑差的大小要求不是很嚴。換句話說，當前這些噴砂處理設備和方法都難以保證噴砂磨削時管內高精度的尺寸公差和圓柱度形狀公差。
有些管材對噴砂處理後內表面尺寸公差和圓柱度形狀公差要求甚嚴。當處理這種管材時特別是細長管材，對那樣嚴格的技術要求，現有的噴砂設備和方法則難以滿足。例如，用於原子能反應堆的Zr-4合金管，其幾何尺寸長為3200～3700mm，內徑∮8.6mm。噴砂處理其內表面時要求管壁的減薄量必須大於3～5μm，管內徑的圓柱度公差增加量不許大於3μm。本發明的目的在於提供一種能滿足高精度尺寸公差和圓柱度形狀公差要求的管材內表面噴砂處理用的設備。
用磨料或砂子清理管道的過程中，總有一個供給正確的磨料量進入氣流中以及保證這種砂流進入被清理的管道進行平穩噴射的問題。噴射時間，砂量的大小與均勻性，壓力以及噴嘴直徑等參數是影響噴射質量的重要因素。本發明設備旨在嚴格控制這些因素。
圖1是本發明設備的示意圖。
圖2是圖1中過渡管13及被清理管14與設備聯接的聯接機構圖。
本發明設備包括的部件與其作用以及它們之間的聯繫如下所述從圖1中可以看出，本發明設備包括壓力容器1，它的直徑為∮350～400mm，裝噴砂用的磨料，其頂部有一個錐形頂蓋2。容器1上端一側裝有進氣管道40，管道40上有壓力表18、進氣的開閉閥3和調壓閥4，閥3為電磁控制閥。容器1上端另一側裝有放氣閥5，此閥由電氣控制，採用允許含灰髒氣通過的電磁控制閥或專門設計的閥。容器1側壁上有一個斜插的磨料料位指示器6。容器1下部為圓錐形，其底部有砂閥7，此閥是一氣動閥，它的功能不僅可以通斷砂流，同時也能控制砂流量的大小。閥7的下邊是混合室8，圖1中混合室8的右邊為進氣管道50，管道50上有電磁開閉閥9、貯氣罐10，其容積為0.2～0.5m2，此外還有調壓閥11。管道40與管道50連通並經過空氣過濾器21接氣源60。混合室的左邊出口接噴嘴12，噴嘴的左邊是過渡管13，由噴嘴噴出的磨料經過過渡管13進入被清理管14。被處理管14的出口與旋風收塵器15相聯，收塵器直徑為300mm。收塵器15的下部出口聯接收裝磨料的口袋16。口袋16的下邊是一個重量傳感器17，口袋16和重量傳感器17裝於一個容器37中，以免粉塵飄入空氣中汙染空氣。收塵器15的上部出口與帶抽力的布袋收塵器22相聯，其過流量為500～2000m3/min。
本發明中使用的磨料為碳化矽砂，根據所處理管的技術要求選擇砂的粒度。使用本發明設備清理管內表面的方法包括下述程序首先，將調壓閥4、11調到適當壓力(3～6kg/cm2)，其數值分別反應到壓力表18、19上，使表18的壓力值略高於19的數值。調壓閥的壓力調定後，接通氣源60的壓力(5～8kg/cm2)，此時除調壓閥外，其餘的閥都處於關閉狀態。
其次，將要處理的管14接於過渡管13與收塵器15之間。
再次，進入噴射程序，閥的開閉順序為先打開閥3，使容器1充壓，數秒後打開閥9，再過數秒後打開閥7，此時進入噴射階段，達到指定的噴射時間後，關閉閥3，同時打開閥5放氣，容器1中壓力開始下降，壓力通過表18反應，數秒後閥5、閥7關閉，最後閥9也關閉。至此，完成一次噴射處理。
最後，將噴射處理過一次的管進行調頭，即將原來與過渡管13聯接的一端與收塵器15聯接，將原來與收塵器15聯接的一端與過渡管13聯接，管調頭聯接後再噴射一次，即清理一支管噴射二次。
如果在噴射處理時，對通過管內的砂量、氣量及噴射時間作適當調節，可一次完成噴射處理，即二次噴射可不必進行。但為更可靠地保證高精度的尺寸公差和圓柱度形狀公差要求，仍以調頭噴為好。
該噴射方法的第一步，只是在每次開始噴射第一支管的時候才進行，除此之外，在噴射清理中僅僅重複該方法的其他步驟即可。
本發明設備設有使噴射程序為自動程序控制的裝置。由於該設備所噴射處理的管內表面質量要求非常嚴，因此在進行噴射處理時必須使該設備在恆定狀態下運轉，才能保證噴射質量的重複性。所以，使用本發明設備和方法清理管的內表面除了噴射處理操作開始或結束時調壓閥4與11的開閉以及被清理的管在設備中的裝卸之外，其噴射程序與噴射過程中該設備的其他部件的運轉均採用電氣自動程序控制。自動程序控制裝置設在控制整個發明設備的操作盤上，只要操作者按一下操作盤上的「噴射操作」按鈕，則整個噴射程序自動進行。各個閥按時間程序實現自動開閉直至噴砂結束。噴射程序中砂閥7打開至進氣閥3關閉這段時間為實際的噴砂時間，它是由高精度電晶體時間繼電器來控制，可在0～60秒範圍內調整，最大重複延時誤差小於1.8秒，正是由它來精確地控制噴射時間，可靠地保證每支管的噴砂時間相同，使操作變得非常簡單，消除了客觀人為因素，對砂流的均勻穩定起到控制作用，從而滿足管材特別是細長管內表面處理時的嚴格要求。
本發明設備設有磨料量自動稱重裝置。由每支管噴出的磨料落到重量傳感器17上，在每次噴射完畢後，重量傳感器上的磨料量通過電纜23在重量顯示器24上自動顯示並列印出來。有些管在噴射處理後內表面幾何尺寸要求非常嚴，每支管在處理後都要測量其內徑尺寸，特別是對那些細長管來說相當麻煩，一般是通過氣動量儀進行深孔測量，而測量用的時間往往比噴射時間還要長。由於在其他噴射參數相同時，磨削量與每次噴射的磨料量有關，即對於同樣的管材來說，磨料量一定，磨削量相同，磨削後管材內徑相等，所以，在噴射處理的同時可採用磨料量自動稱重裝置監測每次通過管內噴射的磨料量。假如有故障發生從顯示器上反應的磨料量就能及時發現。因此，這樣作不僅提高噴射處理的可靠性，可保證每支管的噴射質量，而且免去使用氣動量儀檢測管內表面，從而節省大量時間。
由於壓力容器1為密閉容器，為使操作者能夠監測出容器內磨料量設有料位指示器。指示器是用來在噴砂處理時對磨料量的多少、有無進行指示。指示器6的探極25裝在壓力容器1內，與容器1中軸線的夾角最好為30°，它實際上是一個兩同軸互相絕緣的金屬圓柱，中間隔以不導電介質，構成一個電容器，當磨料埋住電極的深度不同時，就改變了探極電容量的大小，從而通過電纜26使控制器27中的儀表相應地指示出磨料的多少。當磨料完全露出探極時，控制器27發出報警信號，蜂鳴器響，指示燈亮，從而提醒操作者進行添加磨料，避免無磨料操作，提高噴射工作的可靠性。
本發明噴嘴12的材料採用人造金剛石，其孔徑隨被處理管的孔徑的大小而異，例如可採用∮2.0～7.0mm。採用人造金剛石作噴嘴，使用中噴嘴直徑不易變化，因而保證了噴射質量穩定，雖然它比普通採用的碳化鎢價格高，但是由於人造金剛石噴嘴的使用壽命遠遠超過了碳化鎢，所以它也是成本合算的材料。
管道40與管道50分別裝有調壓閥4和11。管道40與管道50的壓力可通過閥4和閥11調整。管道40的壓力為壓力容器的壓力，通過壓力表18指示，管道50的壓力為主氣路壓力，通過壓力表19指示。設置調壓閥4與11除了使各管道中的壓力衡定外，還在砂閥7的上下之間造成壓力差，即上邊壓力略大於下邊(0.3～1.5kg/cm2)。從而，使容器1中進入混合室8的磨料不僅僅是靠重力，而且也是藉助於壓力差。這樣，閥7的孔口在比較小的時候下料也不會阻塞，另外，使磨料的流量調節範圍增大，使用起來更靈活、方便。美國專利US 4048757中使用調壓閥是為了平衡砂箱與氣砂流中的壓力，而本發明使用調壓閥的目的恰恰與之相反，要造成壓力差來調節砂量並控制整個系統不受氣源壓力變化的影響。
本發明採用了過渡管。過渡管採用硬質或耐磨材料為宜，例如硬質鋼，其內徑與被處理管的內徑相同或略小些，長度為200～600mm，壁厚為所處理管的5～10倍。使用過渡管避免被處理管內表面造成喇叭口。從而有助於保證其尺寸公差和圓柱度形狀公差的嚴格要求。圖1中過渡管13與被清理管14及噴嘴12的聯接是通過聯接機構35實現的，參見圖2，聯接機構35包括壓緊螺母28、壓環29、O型密封圈30。壓緊螺母28與支撐體31或支撐體32之間採用螺紋聯結。當需要裝卸或更換過渡管13時，只要擰松壓緊螺母，將過渡管插入或抽出，插入過渡管後，再擰緊壓緊螺母即可密封。日本專利，昭60-263671中也採用了過渡管，該專利稱之為「假管」。日本專利中，在所處理管的兩端都使用了假管，而本發明只需要在處理管靠近噴嘴一端安裝過渡管，另外，日本專利中假管本身帶密封裝置，而本發明中過渡管僅僅為一支直管，裝換方便而且成本低。
圖1中被清理管14與過渡管13及旋風收塵器15的聯接是通過聯接機構36。由圖2可見，它包括壓緊螺母33，骨架式U型密封圈34，此外還有支撐體31。壓緊螺母33與支撐體31之間仍採用螺紋聯結。當氣流通過時，進入橡膠材料製作的骨架式U型密封圈34中的氣體使密封圈34與被清理管14產生密封。這種聯接機構在被清理管14的兩端都有。當被清理的管在噴射處理過程中裝卸時，只需要直接插入或抽出，不需要擰動壓緊螺母。
本發明噴砂處理設備的混合室8上可並排安裝數個噴嘴，因此，使用本發明設備和方法一次可以同時噴射處理幾支管。例如一次可同時噴射兩支管。
另外指出，本發明設備設有壓力監測報警裝置。當氣源壓力低於某一數值時，電接點壓力表通電，使電鈴響，指示燈亮，以引起操作者的注意。
本發明設備壓力容器1的錐形頂蓋2，其下部分裡面有彈簧，當容器1中無壓力時可以將其壓下，將磨料由頂蓋2裝入容器1中，當容器1加壓後頂蓋2可自行封閉。
在本發明設備中採用了雙重收塵裝置，因此大氣粉塵汙染極小，可遠遠低於中華人民共和國衛生部等部門批准頒布的TJ36-79「工業企業設計衛生標準」第32條的規定值2mg/m3。
本發明與以壓縮空氣為動力的溼噴相比噴射效率高。例如，以往溼噴技術噴射一支管往往需要數分鐘，壁厚減薄量極小，而本發明處理內徑∮8.6，長3200～3700mm的Zr-4合金管噴射一次時間為20～65秒，包括裝卸管在內為40秒～1分30秒。該管經兩次噴射後管壁減薄量為3～10μm，內表面圓柱度公差增量為1～3μm。
實施例。使用該發明設備和方法對內徑∮8.6mm的Zr-4合金管進行了噴砂處理。磨料採用碳化矽砂，噴嘴材料採用人造金剛石，並且採用了鋼質過渡管。實例1中Zr-4合金管的長度為3200mm，實例2中為3400mm，實例3中為3200mm其他噴射處理有關參數列於表1。噴射處理採用自動程序控制，用氣動量儀測量的噴射前後管內徑尺寸數值列於表2。處理後不僅管內表面粗糙度質量提高，而且從表2中可以看出完全能夠滿足細長管內表面高精度尺寸公差和圓柱度形狀公差的要求。
表1、 Zr-4合金管噴射處理有關參數
＊採用二次噴射，每次噴射30秒。
＊＊採用一次噴射。
表2、 Zr-4合金管噴射前後內徑尺寸
＊實驗3為一次噴射清理兩支管。
權利要求
1.一種管材內表面噴砂處理用的設備，包括容納磨料用的壓力容器1、砂閥7、氣砂混合室8、噴嘴12、收裝磨料的口袋16、管道40與50，其特徵在於設有使噴射程序為自動程序控制的裝置，精確地控制噴射時間，保證每支管噴射時間相等。
2.根據權利要求
1所說的噴砂處理設備，其特徵在於設有磨料量自動稱重裝置，監測噴射處理中每次通過被噴管的磨料量。
3.根據權利要求
1所說的噴砂處理設備，其特徵在於裝磨料用的壓力容器1中設有料位指示器6，在噴射處理時指示磨料量。
4.根據權利要求
1所說的噴砂處理設備，其特徵在於噴嘴採用人造金剛石材料。
5.根據權利要求
1所說的噴砂處理設備，其特徵在於裝磨料用的壓力容器1設有放氣閥5，每噴射一次，壓力容器需通過該閥放氣撤壓。
6.根據權利要求
1所說的噴砂處理設備，其特徵在於進氣管道40與50分別設有調壓閥4與11，調整管道40與50的壓力使在砂閥7的上下造成壓力差，上邊壓力大於下邊(0.3～1.5kg/cm2)。
7.根據權利要求
1所說的噴砂處理設備，其特徵在於採用的過渡管僅僅為一支在其兩端聯接機構中裝卸方便且成本低的直管，過渡管通過其兩端的聯接機構分別與噴嘴及被處理的管相聯。
8.根據權利要求
1所說的噴吵處理設備。其特徵在於被噴砂處理的管在噴射處理過程中裝卸時，只需要在其兩端的聯結機構中直接插入或抽出。
9.根據權利要求
1所說的噴砂處理設備，其特徵在於混合室8上並排安數個噴嘴，一次可同時噴砂處理幾支管。
專利摘要
管材內表面噴砂處理設備。它設有使噴射程序為自動程序控制的裝置，磨料量自動稱重裝置，裝磨料用容器的料位指示器及放氣閥。噴嘴採用人造金剛石材料。使用該發明設備噴砂處理時，使砂閥上邊的壓力大於下邊，採用裝換方便成本低的過渡管，被處理的管在裝卸時只需要直接插入或抽出，並且該發明設備採用多個噴嘴，一次可處理數支管，使用該發明設備可處理內表面尺寸公差和圓柱度形狀公差要求甚嚴的細長管。
文檔編號B24C3/00GK87101426SQ87101426
公開日1988年7月27日 申請日期1987年11月21日
發明者夏堅平, 於潤康, 李增儒 申請人:寶雞有色金屬加工廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan