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Abstract

用于光学元件加工的射流喷嘴，包括长条状的本体和本体上开设的射流束通道，射流束通道贯穿本体的两平行端面，由进液口、出液口及进液口与出液口之间的汇聚段组成，所述进液口是由位于两端的两条半径相同的半圆形弧线及分别与两条半圆形弧线相切的两条平行直线围成的腰形口，所述汇聚段为射流束通道的内壁，该内壁的左壁和右壁为向出液口收缩的半圆锥台形凹面，该内壁的前壁和后壁分别由一个垂直于本体端面的等腰梯形面和两个向出液口收缩的三角形斜面组成，所述等腰梯形面的上底大于下底，且上底位于进液口上，下底位于出液口上，两个三角形斜面分别位于等腰梯形面的两侧，并分别与形成所述左壁和右壁的向出液口收缩的半圆锥台形凹面相接。

Description

一种用于光学元件加工的射流喷嘴
技术领域
本发明属于光学元件加工技术领域，具体涉及一种用于光学元件加工的射流喷嘴。
背景技术
高功率激光系统对光学元件表面加工质量要求很高，光学元件表面的瑕疵，加工残余误差和亚表面损伤都会对元件的损伤阈值产生明显的影响。当激光入射到光学元件上尖锐的突起或凹坑边缘时会发生强烈的散射，从而损伤元件。如果散射发生在光学元件的表面破坏层或亚表面损伤层时，由于表面破坏层和亚表面损伤层的强度较低，更易造成破坏，损伤元件。因而对光学元件的高频误差以及表面破坏层和亚表面损伤层的去除很有必要性。
相比磁射流抛光和磁流变等抛光方式，磨料水射流抛光技术由于不会改变材料的力学和物理性能及不产生磨料硬、热损伤，且成本低等优点，更多的用来对多种材料进行高频误差以及表面破坏层和亚表面损伤层处理。
现有喷嘴通常为圆形喷嘴，但圆形喷嘴由于喷口较小，冲击范围有限，单喷口的加工效率较低。虽可通过增加磨料水射流系统压强来提高去除效率和加工效率，但由于磨料粒子对被加工光学元件冲击加剧，冲击后的被加工光学元件表面粗糙度会增大，表面质量会变得更差。
宋孝宗公开了一种矩形狭缝喷嘴（宋孝宗.纳米颗粒胶体射流抛光机理及试验研究[D].哈尔滨工业大学，2010.），相比圆形喷嘴能在一定程度上提高单喷嘴的射流加工效率，但矩形狭缝喷嘴出口中部所对应的光学元件上的材料去除量较小，而其出口两端对应的光学元件上的材料去除量较大，此缺陷会给光学加工中的路径规划带来极大不便，因而整体加工效率仍然得不到提高，甚至会降低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于光学元件加工的射流喷嘴，在保证抛光质量的同时提高对光学元件的高频误差、表面破坏层和亚表面损伤层去除的加工效率。
本发明所述用于光学元件加工的射流喷嘴，包括外形为长条状的本体和本体上开设的射流束通道，射流束通道贯穿本体的两平行端面，由进液口、出液口及进液口与出液口之间的汇聚段组成，所述进液口是由位于两端的两条半径相同的半圆形弧线及分别与两条半圆形弧线相切的两条平行直线围成的腰形口，所述汇聚段为射流束通道的内壁，该内壁的左壁和右壁为向出液口收缩的半圆锥台形凹面，该内壁的前壁和后壁分别由一个垂直于本体端面的等腰梯形面和两个向出液口收缩的三角形斜面组成，所述等腰梯形面的上底大于下底，且上底位于进液口上，下底位于出液口上，两个向出液口收缩的三角形斜面分别位于等腰梯形面的两侧，并分别与形成所述左壁和右壁的向出液口收缩的半圆锥台形凹面相接。
上述用于光学元件加工的射流喷嘴，围成进液口的两条半圆形弧线的圆心之间的距离L为5～20mm，半径R为0.4～1mm。
上述用于光学元件加工的射流喷嘴，形成所述左壁和右壁的半圆锥形凹面的收缩角α相同，均为10°～20°。
上述用于光学元件加工的射流喷嘴，形成所述前壁和后壁的向出液口收缩的三角形斜面与本体端面的交线均为斜线，所述斜线与所述等腰梯形面下底之间的夹角β为5°～20°。
上述用于光学元件加工的射流喷嘴，其本体两平行端面之间的距离（即喷嘴的高度）h为0.8～1.5mm，其本体的壁厚为0.5～1.5mm。
本发明所述用于光学元件加工的射流喷嘴与射流（液体磨料）供料系统的连接有多种方式，可通过专用夹具连接，也可自带连接件。
本发明所述射流喷嘴可由模具铸造后再经机床精加工而成。使用时将喷嘴与射流供料系统相连接，磨料通过进液口进入汇聚段，汇聚段使磨料向出液口的中部汇聚，经过汇聚后的射磨料从出液口喷出，实现对光学元件的抛光。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明所述喷嘴的进液口为腰形口，汇聚段使磨料射流向出液口中部汇聚，因而克服了现有圆形喷嘴和矩形狭缝喷嘴存在的不足，不仅增大了磨料射流的冲击和剪切区域，而且均衡了喷嘴两端对应的光学元件上和中间部位对应的光学元件上的材料去除量，因而对光学元件表面的抛光均匀，加工效率明显提高。
2、本发明所述喷嘴结构简单，易于加工制造。
附图说明
图1为本发明所述第一种射流喷嘴的结构示意图；
图2为图1俯视图；
图3为图1仰视图；
图4为图1的左视图；
图5为图2的B-B剖视图；
图6为图1中射流喷嘴的进液口形状示意图；
图7为图1中射流喷嘴的出液口形状示意图；
图8为图1中射流喷嘴与连接件的组合示意图；
图9为图8的俯视图；
图10为本发明所述第二种射流喷嘴的结构示意图；
图11为图10的俯视图
图12为图10仰视图；
图13为图10的左视图；
图14为图11的B-B剖视图。
图中，1—本体，2—射流束通道，3—进液口，4—出液口，5—左壁，6—右壁，7—前壁，7-1—等腰梯形面，7-2—三角形斜面，8—后壁，9—连接件。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明所述用于光学元件加工的射流喷嘴作进一步说明。
实施例1
本实施例中所述用于光学元件加工的射流喷嘴的结构如图1～5示，包括外形为长条状的本体1和本体上开设的射流束通道2，射流束通道2贯穿本体的两平行端面，由进液口3、出液口4及进液口与出液口之间的汇聚段组成，本体两平行端面之间的距离h为1mm。所述进液口3的形状如图6所示，是由位于两端的两条半径相同的半圆形弧线及分别与两条半圆形弧线相切的两条平行直线围成的腰形口，两条半圆形弧线的圆心之间的距离L为10mm，半径R为0.75mm。由汇聚段结构所形成的出液口4的形状如图7所示。所述汇聚段为射流束通道2的内壁，该内壁的左壁5和右壁6为向出液口收缩的半圆锥台形凹面，两半圆锥台形凹面的收缩角α均为15°（见图1、图2）。该内壁的前壁7和后壁8分别由一个垂直于本体端面的等腰梯形面7-1和两个向出液口收缩的三角形斜面7-2组成，组成前壁和后壁的向出液口收缩的三角形斜面与本体端面的交线均为斜线，所述斜线与所述等腰梯形面下底之间的夹角β均为15°；所述等腰梯形面的上底大于下底，且上底位于进液口上，下底位于出液口上；两个向出液口收缩的三角形斜面分别位于等腰梯形面的两侧，并分别与形成所述左壁和右壁的向出液口收缩的半圆锥台形凹面相接（见图1、图2）。
本实施例中，射流喷嘴的外壁与内壁平行（见图1、图5），壁厚为0.8mm。
本实施例中，射流喷嘴与射流（液体磨料）供料系统的连接件9为圆形管状体，射流喷嘴整体铸造在圆形管状体的底部，所述圆形管状体上设置有与射流供料系统上的连接端相匹配的螺纹，如图8、图9所示。
实施例2
本实施例中所述用于光学元件加工的射流喷嘴的结构如图10～14所示，与实施例1的不同之处在于本体两平行端面之间的距离h为0.8mm；所述进液口3的两条半圆形弧线的圆心之间的距离L为5mm，半径R为0.4mm；所述左壁5和右壁6的半圆锥台形凹面的收缩角α均为10°；组成前壁和后壁的向出液口收缩的三角形斜面与本体端面的交线均为斜线，所述斜线与所述等腰梯形面下底之间的夹角β均为20°；喷嘴本体外壁均垂直于本体的两平行端面。
实施例3
本实施例中所述用于光学元件加工的射流喷嘴的形状和构造如图1～7所示。与实施例1的不同之处在于本体两平行端面之间的距离h为1.5mm；所述进液口3的两条半圆形弧线的圆心之间的距离L为20mm，半径R为1mm；所述左壁5和右壁6的半圆锥台形凹面的收缩角α均为20°；组成前壁和后壁的向出液口收缩的三角形斜面与本体端面的交线均为斜线，所述斜线与所述等腰梯形面下底之间的夹角β均为5°。

Claims (9)

1.一种用于光学元件加工的射流喷嘴，包括外形为长条状的本体(1)和本体上开设的射流束通道(2)，射流束通道贯穿本体的两平行端面，由进液口(3)、出液口(4)及进液口与出液口之间的汇聚段组成，其特征在于所述进液口(3)是由位于两端的两条半径相同的半圆形弧线及分别与两条半圆形弧线相切的两条平行直线围成的腰形口，所述汇聚段为射流束通道(2)的内壁，该内壁的左壁(5)和右壁(6)为向出液口收缩的半圆锥台形凹面，该内壁的前壁(7)和后壁(8)均由一个垂直于本体端面的等腰梯形面(7-1)和两个向出液口收缩的三角形斜面(7-2)组成，所述等腰梯形面的上底大于下底，且上底位于进液口上，下底位于出液口上，两个向出液口收缩的三角形斜面分别位于等腰梯形面的两侧，并分别与形成所述左壁和右壁的向出液口收缩的半圆锥台形凹面相接。
2.根据权利要求1所述用于光学元件加工的射流喷嘴，其特征在于围成进液口(3)的两条半圆形弧线的圆心之间的距离(L)为5～20mm，半径(R)为0.4～1mm。
3.根据权利要求1或2所述用于光学元件加工的射流喷嘴，其特征在于形成所述左壁(5)和右壁(6)的半圆锥台形凹面的收缩角(α)相同，均为10°～20°。
4.根据权利要求1或2所述用于光学元件加工的射流喷嘴，其特征在于形成所述前壁(7)和后壁(8)的向出液口收缩的三角形斜面与本体端面的交线均为斜线，所述斜线与所述等腰梯形面下底之间的夹角(β)相同，均为5°～20°。
5.根据权利要求3所述用于光学元件加工的射流喷嘴，其特征在于形成所述前壁(7)和后壁(8)的向出液口收缩的三角形斜面与本体端面的交线均为斜线，所述斜线与所述等腰梯形面下底之间的夹角(β)相同，均为5°～20°。
6.根据权利要求1或2所述用于光学元件加工的射流喷嘴，其特征在于所述本体两平行端面之间的距离(h)为0.8～1.5mm。
7.根据权利要求3所述用于光学元件加工的射流喷嘴，其特征在于所述本体两平行端面之间的距离(h)为0.8～1.5mm。
8.根据权利要求4所述用于光学元件加工的射流喷嘴，其特征在于所述本体两平行端面之间的距离(h)为0.8～1.5mm。
9.根据权利要求5所述用于光学元件加工的射流喷嘴，其特征在于所述本体两平行端面之间的距离(h)为0.8～1.5mm。
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