CN103831733B - 超声振动辅助流化微细磨料供给装置 - Google Patents

超声振动辅助流化微细磨料供给装置 Download PDF

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本发明涉及特种加工技术，尤其是应用于磨料水射流加工系统的超声振动辅助流化微细磨料供给装置。由气源、调压阀、变频控制电路、高频开关阀、超声发生器和振动料仓组成；振动料仓上设置料仓进气口和料仓出料口，气源通过输气管与调压阀相连接，调压阀的出口通过输气管与高频开关阀相连接，变频控制电路与高频开关阀的电路相连接，高频开关阀的出气口与振动料仓进气口相连接，振动料仓与超声发生器相连接，振动料仓出料口与磨料水射流切割头混合腔相连接。本发明有效的改善了现有磨料供给装置供料量不均匀、易堵塞的缺陷，同时还可以实现磨料流量的精密调节。因而极大的提高了微细磨料水射流加工工艺的加工质量，具有重要的推广应用价值。

Description

超声振动辅助流化微细磨料供给装置
一、技术领域
本发明涉及特种加工技术，尤其是应用于磨料水射流加工系统的超声振动辅助流化微细磨料供给装置。
二、背景技术
磨料水射流加工是一项出现较晚的加工技术。具有作用力小、无热效应、清洁等优点。其优越的技术特性决定了其加工材料的范围非常大，特别适合加工各种热敏、压敏、脆性、多层、复合、超硬材料，如硬质合金、金属、硅酸盐玻璃、陶瓷、大理石、纤维复合材料等。根据水与磨料的混合方式不同，可将该技术分为前混合磨料水射流和后混合磨料水射流两种。在前混合方式中，磨料先和水均匀混合成磨料浆体，然后经喷嘴喷射形成射流；而在后混合方式中，水射流在混合腔中与磨料进行混合形成磨料水射流。相比较而言，前混合方式混合效果好，所需的压力低，但装置复杂，喷嘴磨损严重；后混合方式效果稍差，但喷嘴磨损较小，目前得到广泛应用。微磨料水射流技术是在传统磨料水射流技术的基础上发展起来的一种全新的微型加工技术。微磨料水射流加工中，使用的压力较低，磨料尺寸更小，含量更低，切割速度和切割深度都比常规磨料水射流低，故特别适合对微小零件进行精密加工。
磨料水射流加工系统主要由系统增压部分、磨料供给装置、喷射系统、运动控制部分及收集过滤系统等组成。传统后混合式磨料水射流通常是利用高速水射流流动所产生的负压以及磨料自重直接将磨料引入混合腔，通过高速水射流对固体磨料粒子的加速、混合并经聚焦管喷出形成高能磨料水射流。目前，后混合磨料水射流加工系统使用的供料装置通常采用低压气源连接磨料料仓进行连续气力输送，阀控开、闭式控制，磨料吸入不均匀、磨料流量无法精确控制；另一方面，在微磨料水射流中一般采用微米级的磨料粒子，很容易吸附空气中的水分，增大了粘性阻力，容易在切割头混合腔中造成阻塞，从而直接影响了该加工方式的加工性能和加工质量。
综上所述，现有的磨料水射流磨料供给装置存在以下缺陷：
1、磨料供给量较大且不均匀，适合较大粒径磨料的供给且无法实现供料量的精确调节；
2、料仓中的磨料呈积聚状态，由于磨料水射流加工的工作环境较为潮湿，磨料更加容易团聚，从而影响其正常排出，且易于在供料管路及磨料射流切割头混合腔中造成阻塞。
三、发明内容
本发明的目的是克服现有磨料水射流加工系统中的磨料供给装置在工作运行中供料不均匀、易堵塞的缺陷，提供一种超声振动辅助流化微细磨料供给装置。
本发明连接在磨料水射流加工系统，其技术方案为由气源、调压阀、变频控制电路、高频开关阀、超声发生器和振动料仓组成；振动料仓上设置料仓进气口和料仓出料口，气源通过输气管与调压阀相连接，调压阀的出口通过输气管与高频开关阀相连接，变频控制电路与高频开关阀的电路相连接，高频开关阀的出气口与振动料仓进气口相连接，振动料仓与超声发生器相连接，振动料仓出料口与磨料水射流切割头混合腔相连接。
振动料仓由超声换能器、筛网、孔板和料仓流化室构成；料仓流化室上方设置料仓出料口，料仓流化室下方安装孔板及筛网并与超声换能器相连接，筛网下方设置料仓进气口；超声换能器的电极与超声发生器的电极相连接，料仓进气口通过管路与高频开关阀的出气口相连接，料仓出料口通过供料管与磨料水射流切割头混合腔相连接。
工作时，由气源、调压阀、高频开关阀及变频控制电路组成的可变频脉冲气流产生装置，形成可控压力、频率的脉冲气流，通过输气管从底部经过筛网和孔板通入振动料仓。通过超声发生器将工频交流电转化为超声频电信号，输入超声换能器，再由换能器将电震荡转化为高频机械振动，使磨料在机械激振和脉冲气流的双重作用下发生流化，从出料口均匀稳定地排出。流化状态的磨料在负压作用下通过供料管道供入水射流切割头混合腔。通过调整气源的压力以及高频开关阀的频率可以实现对不同种类磨料进行磨料流量的调节；还可以通过调整超声发生器的输出功率，使超声换能器的振幅发生改变，间接控制磨料在料仓上方流化室中的流化状态，从而进行磨料流量的微调，使供料量均匀，有效的解决了磨料堵塞的问题。
本发明的有益效果是，有效的改善了现有磨料供给装置供料量不均匀、易堵塞的缺陷，同时还可以实现磨料流量的精密调节。因而极大的提高了微细磨料水射流加工工艺的加工质量，具有重要的推广应用价值。
四、附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中振动料仓的结构示意图。
附图标记：
1、供料管2、振动料仓2-1、超声换能器2-1-1、超声换能器电极a2-1-2、超声换能器电极b2-2、料仓进气口2-3、筛网2-4、孔板2-5、料仓流化室2-6、料仓出料口3、高频开关阀4、变频控制电路5、调压阀6、气源7、超声发生器7-1、超声发生器电极a7-2、超声发生器电极b。
五、具体实施方式
结合附图详细描述本发明的实施过程，如图1、图2所示。
本发明连接在磨料水射流加工系统，由气源6、调压阀5、变频控制电路4、高频开关阀3、超声发生器7和振动料仓2组成；振动料仓2上设置料仓进气口2-2和料仓出料口2-6，气源6通过输气管与调压阀5相连接，调压阀5的出口通过气管与高频开关阀3相连接，变频控制电路4与高频开关阀3的电路相相连，高频开关阀3的出气口与料仓进气口2-2相连接，振动料仓2与超声发生器7相连接，料仓出料口2-6与磨料水射流切割头混合腔相连接。
振动料仓2由超声换能器2-1、筛网2-3、孔板2-4和料仓流化室2-5构成；料仓流化室2-5上方设置料仓出料口2-6，料仓流化室2-5下方安装孔板2-4及筛网2-3并与超声换能器2-1相连接，筛网2-3下方设置料仓进气口2-2；超声换能器2-1的超声换能器电极a2-1-1和超声换能器电极b2-1-2，与超声发生器的超声发生器电极a7-1及超声发生器电极b7-2相连接；料仓进气口2-2通过管路与高频开关阀3的出气口相连接，料仓出料口2-6通过供料管1与磨料水射流切割头混合腔连接。
本发明的具体运行过程为，工作时由低压气源6提供稳定连续的气流，由调压阀5进行压力调节（调节范围为0.1MPa-0.7MPa），再经过高频开关阀3形成一定频率的脉冲气流，其频率调节范围为2-120次/分钟，由变频控制电路4进行调节并通入振动料仓进气口2-2。气流在料仓底部向上通过筛网2-3及孔板2-4，使其上积聚的微细磨料在料仓的流化室2-5内发生流化并从出料口2-6供出。筛网2-3和孔板2-4能够防止漏料，同时还可以起到使气流更加均匀地通入料仓流化室2-5的作用。当开启超声发生器7时，高频(20KHz)超声电振荡信号通过线路传入超声换能器2-1，并由之转换为超声频机械振动，使振动料仓2激振，从而促进料仓流化室2-5内微细磨料流化。在工作时，可以通过调压阀5和高频开关阀3调节输入料仓流化室2-5气流的压力及脉冲频率，从而控制磨料输出流量。另外，超声换能器2-1的输出功率可以在0-1000w的范围内进行调节，从而改变超声换能器2-1的振幅，控制振动料仓2的激振，影响流化室中磨料的流化状态，对磨料流量进行精密调节。
本发明应用于水喷嘴直径0.2mm，混合管直径0.5mm的磨料水射流加工系统时，对400目-3000目的磨料可实现范围50mg/s-1000mg/s的流量精密调节。对硬脆材料进行的精密抛光试验可以得到表面粗糙度为Ra0.2微米的表面。

Claims (1)

1.超声振动辅助流化微细磨料供给装置，连接在磨料水射流加工系统，由气源、调压阀、变频控制电路、高频开关阀、超声发生器和振动料仓组成；特征为振动料仓上设置料仓进气口和料仓出料口，气源通过输气管与调压阀相连接，调压阀的出口通过输气管与高频开关阀相连接，变频控制电路与高频开关阀的电路相连接，高频开关阀的出气口与振动料仓进气口相连接，振动料仓与超声发生器相连接，振动料仓出料口与磨料水射流切割头混合腔相连接；
所述的振动料仓由超声换能器、筛网、孔板和料仓流化室构成；料仓流化室上方设置料仓出料口，料仓流化室下方安装孔板及筛网并与超声换能器相连接，筛网下方设置料仓进气口；超声换能器的电极与超声发生器的电极相连接，料仓进气口通过管路与高频开关阀的出气口相连接，料仓出料口通过供料管与磨料水射流切割头混合腔相连接。
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