CN101823237B - 微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置，包括喷嘴体、喷嘴座、喷嘴、螺旋芯、螺旋芯座、螺旋芯平衡弹簧、螺旋微调器。喷嘴套装在喷嘴座内，喷嘴座装在喷嘴装置体上，螺旋芯连接喷嘴座内的螺旋芯座上，螺旋微调器螺纹连接在喷嘴装置体上端，其下端与螺旋芯座上端连接，螺旋芯座下端的螺旋芯平衡弹簧使螺旋芯上端始终作用在螺旋微调器上。两个输入压缩空气接头对称安装在喷嘴装置体上，并与两个输入气体通道连接相通。通过螺旋芯的位置调整和螺旋芯螺旋沟作用，使混有微细磨料的二相流气体和磨料产生陀螺运动效应，限制流束的外部扩散趋势，使流束内喷射速度分布均匀，有利零件被磨材料的均匀去除，改善了微磨料喷射加工的质量。

Description

微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置

技术领域

本发明涉及微磨料喷射加工(MJAM)技术领域，特别是涉及微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置。

背景技术

在微磨料喷射加工技术领域，利用气体介质混入氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化铈和氧化铁等微细磨料，形成二相流体占主导地位。其中喷射装备中，喷嘴装置是技术关键之一。当被加压到0.1～0.8MPa的二相流体从喷嘴中喷出射向工件表面时，流束的形态，包括发散程度、速度分布和压强分布等，将直接影响材料去除效率，喷射精度和表面完整性等。一般为了保证被喷射零件表面的形状精度，希望射出的流束能够聚集，而且流束内的速度分布尽可能均匀一致，这样可以使喷射的凹痕底部更平坦，而侧壁更陡峭。然而流速的形态直接受喷嘴的形状控制，对此，人们相继发明了直孔喷嘴、锥孔喷嘴、文丘里喷嘴和拉法尔喷嘴等。使用直孔喷嘴和锥孔喷嘴时，当二相流气体出口后因气体分子的内能释放，使得流束发散；文丘里喷嘴和拉法尔喷嘴是一个出口逐渐扩张形喷嘴，它们充分利用了二相流气体内能向动能传化的原理，能够获得超音速的喷射速度，但是获得超音速的原理是使流速向外发散，反而使流束内部的速度分布均匀性变差。荷兰TU Delft大学提出了基于拉法尔原理的流道可调型方形喷嘴，通过流道的适当调节可以使流束内部速度分布的均匀性得到改善，但是无法解决圆孔喷嘴的流束控制问题，因此，发明一种新的控制流束的装置非常有实际意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是依据压缩气体分子和混入的微粒子在螺旋运动过程中的陀螺效应使其具有内聚作用的原理，提供一种可改善微磨料喷射加工时的流束形态，改善微磨料加工零件的形状和尺寸精度的微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置。

采用的技术方案是：

微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置，包括喷嘴装置体、喷嘴座、喷嘴、螺旋芯、螺旋芯座、螺旋芯平衡弹簧、螺旋微调器及O型密封圈。所述的喷嘴套装在喷嘴座内，喷嘴座装在喷嘴装置体上，喷嘴座与喷嘴装置体之间设有O型密封圈，并通过螺栓紧固在一起，喷嘴与喷嘴座装配后，其喷嘴的内孔与喷嘴座的安装孔在同一个轴线上。螺旋芯设在喷嘴内，螺旋芯以过盈配合装在喷嘴座内的螺旋芯座上，螺旋微调器上套装有O型密封圈，螺旋微调器螺纹连接在喷嘴装置体上端，螺旋微调器下端与螺旋芯座上端连接，螺旋芯座下端套装有螺旋芯平衡弹簧，螺旋芯平衡弹簧两端分别抵顶在螺旋芯座和喷嘴座上，使螺旋芯座上端始终作用在螺旋微调器的顶压端上，旋动螺旋微调器可调节螺旋芯相对喷嘴的位置。喷嘴装置体上端设有两个输入压缩空气管接头，两个输入压缩空气管接头对称安装在喷嘴装置体上，并与螺旋微调器相对称的两个输入气体通道连接相通，使输入的二相流气体从两侧对称地输入喷嘴装置体。

上述的螺旋微调器为具有径向密封好、螺距在0.5-1.5mm的细牙螺纹。

上述的螺旋芯为螺旋角在45-75度的螺旋芯，螺旋芯为圆柱螺旋芯或锥台螺旋芯12或锥状螺旋芯13，其下端面均允许有一锥端面。螺旋芯材料可为碳化钨、陶瓷、硬质合金耐磨材料。

本发明通过螺旋芯的位置调整和芯子的螺旋沟作用，使混有微细磨料的二相流的气体分子和粒子产生陀螺运动效应，限制流束的外部扩散趋势，并且使流束内喷射速度分布利于材料的均匀去除，从而改善了微磨料加工零件的形状和尺寸精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是圆柱螺旋芯结构示意图。

图4是锥台螺旋芯结构示意图。

图5是锥状螺旋芯结构示意图。

具体实施方式

微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置，包括喷嘴装置体3、喷嘴座2、喷嘴1、螺旋芯11、螺旋芯座8、螺旋芯平衡弹簧10、螺旋微调器6及O型密封圈7、9。所述的喷嘴长度为15mm，内孔为Φ1mm，材料是硬质合金，喷嘴1套装在喷嘴座2内，配合紧密，保证没有气体泄露，喷嘴座2装在喷嘴装置体3上，喷嘴座2与喷嘴装置体3之间设有O型密封圈9，并通过螺栓紧固在一起，喷嘴1与喷嘴座2装配后，其喷嘴1的内孔与喷嘴座2的安装孔在同一个轴线上。螺旋芯11设在喷嘴1内，螺旋芯11以过盈配合装在喷嘴座2内的螺旋芯座8上。所述螺旋芯11的螺旋角为60度，螺旋芯为圆柱螺旋芯，下端为锥端面，采用硬质合金制作。螺旋微调器6为具有径向密封好、螺距为1mm的细牙螺纹，螺旋微调器6上套装有O型密封圈7，螺旋微调器6螺纹连接在喷嘴装置体3上端，螺纹微调器6下端与螺旋芯座8上端连接，螺旋芯座8下端套装有螺旋芯平衡弹簧10，螺旋芯平衡弹簧10两端分别抵顶在螺旋芯座8和喷嘴座2上，使螺旋芯座8上端始终作用在螺旋微调器6的顶压端上，旋动螺旋微调器6可调节螺旋芯11相对喷嘴1的位置。喷嘴装置体3上端设有两个输入压缩空气管接头5，两个输入压缩空气管接头5对称安装在喷嘴装置体3上，并与螺旋微调器6相对称的两个输入气体通道4连接相通，使输入的二相流气体从两侧对称地输入喷嘴装置体3，能够均匀地汇流到喷嘴1的内孔中。

工作原理

该装置将混有微细磨料的二相流的气体通过两个输入气体通道4汇入喷嘴装置体3，并从喷嘴1喷出。当气体从喷嘴喷出时，通过螺旋微调器6调节螺旋芯11相对喷嘴1的出口端的距离，以便适应不同输入压强和流量，保证流束内扩散达到最佳状态。其螺旋芯使二相流气体向流束内部扩散的趋势，使流束平直，内部速度分布均匀，从而改善了微磨料加工零件的形状和尺寸精度。

Claims (3)

1.微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置，包括喷嘴装置体(3)、喷嘴座(2)、喷嘴(1)、螺旋芯(11)、螺旋芯座(8)、螺旋芯平衡弹簧(10)、螺旋微调器(6)及O型密封圈(7、9)，其特征在于所述的喷嘴(1)套装在喷嘴座(2)内，喷嘴座(2)装在喷嘴装置体(3)上，喷嘴座(2)与喷嘴装置体(3)之间设有O型密封圈(9)，并通过螺栓紧固在一起，喷嘴(1)与喷嘴座(2)装配后，其喷嘴(1)的内孔与喷嘴座(2)的安装孔在同一个轴线上，螺旋芯(11)设在喷嘴(1)内，螺旋芯(11)以过盈配合装在喷嘴座(2)内的螺旋芯座(8)上，螺旋微调器(6)上套装有O型密封圈(7)，螺旋微调器(6)螺纹连接在喷嘴装置体(3)上端，螺旋芯座(8)下端套装有螺旋芯平衡弹簧(10)，螺旋芯平衡弹簧(10)两端分别抵顶在螺旋芯座(8)和喷嘴座(2)上，使螺旋芯座(8)上端始终作用在螺旋微调器(6)的顶压端上，旋动螺旋微调器(6)可调节螺旋芯(11)相对喷嘴(1)的位置，喷嘴装置体(3)上端设有两个输入压缩空气管接头(5)，两个输入压缩空气管接头(5)对称安装在喷嘴装置体(3)上，并与螺旋微调器(6)相对称的两个输入气体通道(4)连接相通，使输入的二相流气体从两侧对称地输入喷嘴装置体(3)。

2.根据权利要求1所述的微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置，其特征在于所述的螺旋微调器(6)具有径向密封好、螺距在0.5-1.5mm的细牙螺纹。

3.根据权利要求1所述的微磨料气射流加工用螺旋芯控制流束的喷嘴装置，其特征在于所述的螺旋芯(11)为螺旋角在45-75度的螺旋芯，螺旋芯为圆柱螺旋芯(11)或锥台螺旋芯(12)或锥状螺旋芯(13)，其下端面均允许有一锥端面，螺旋芯材料为碳化钨、陶瓷或硬质合金耐磨材料。

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