CN106272106A - 一种磁场辅助微细磨料水射流加工方法及其喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁场辅助微细磨料水射流加工方法及其喷射装置，其加工方法是水射流通过中央管路经过高压水喷嘴喷出高压水射流，磁性磨料经磨料入口进入混合腔，水射流与磨料在混合腔混合，在磁场的作用下形成准直性高速度大的磨料水射流，最后通过磨料喷嘴喷出。所涉及到的喷射装置包括磁场生成装置和喷嘴固定装置，所述磁场生成装置安装在喷嘴上，二者同轴；所述磁场生成装置包括金属环，螺线管，直流电源。所述喷嘴固定装置包括L型角铁，固定架和六角薄螺母。本装置中磨料水射流采用后混合式，磨料采用磁性磨料。在磨料和高压水开始喷入时，磁场装置开始工作形成稳定的磁场，使射流束准确稳定的作用于工件表面。本发明通过在磨料喷嘴上增加磁场装置的方法，解决了喷嘴装置磨料吸入不均匀、射流束发散的问题。

Description

一种磁场辅助微细磨料水射流加工方法及其喷射装置

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，涉及一种磁场辅助微细磨料水射流加工方法及其喷射装置，特别涉及一种可广泛应用于金属、陶瓷、复合材料等的切割和抛光的微细磨料水射流加工方法及其喷嘴装置。

背景技术

随着生产发展和科学实验的需要，对高硬度、高脆性和高熔点的微细零件的需求不断增长。很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高温、高压等方向发展，它们使用的材料越来越难加工，对加工精度、表面粗糙度等要求也越来越高，很多微细零件的材料，如工业陶瓷、光学玻璃、电子芯片、聚合物等，多具有高硬度、高脆性和高熔点等特点，使用激光等和其他传统的加工手段，难以达到良好的加工效率、精度和加工质量。而磨料水射流加工是一种新型的特种加工方法，由于它具有无热影响区、不择材料、无切向力、加工精度高等优点，已越来越多地应用于一些难加工材料的切削加工中。微细磨料水射流加工技术有独特的优势，但是也存在许多制约其发展的瓶颈问题：

（1）磨料供给量、供给的均匀性以及稳定性等都直接影响到水射流的加工性能和加工质量。目前，国内外的水射流加工装置的磨料供给方式特别是微细磨料水射流加工装置普遍存在磨料供给不均匀、难以精确的控制流量等问题；

（2）磨料水射流喷射装置极易堵塞。磨料流动不均匀常常是引起微细磨料系统堵塞的原因。由于空气具有可压缩性，当系统压力降低时，微细磨料系统的磨料便会大量喷出，直接导致了磨料水射流中磨料的含量急剧升高，这种情况也极易发生堵塞；

（3）高压水从喷嘴喷出后，压力能转化为动能，水与磨料具有很高的速度，但是磨料颗粒喷射出喷嘴时的速度只有高速水速度的75%左右，因此要达到更好地切削效果需对磨料颗粒进一步加速。

为了解决微细磨料水射流加工技术存在的问题，本发明提出了采用磁场辅助微细磨料水射流加工方法，通过在喷嘴上施加磁场，约束磨料运动方向，提高磨料运动速度，减少射流发散，进而提高磨料水射流加工效率和加工质量。

发明内容

本发明提供了一种磁场辅助微细磨料水射流加工方法及其喷射装置，减少射流发散，获得准直磨料水射流束，增强磨料水射流的能量，进而提高磨料水射流加工效果。

为了达到上述目的，本发明的设计方案和设计思路是：设计一种磁场辅助微细磨料水射流加工装置，包括喷射装置和磁场发生装置，其特征在于：磁场发生装置位于喷嘴装置的外侧，磁场发生装置产生的磁场沿喷嘴装置的轴线方向分布，进入混合腔的磁性磨料和水混合，形成稳定准直性高的磨料水射流，然后从磨料喷嘴喷出。

本发明的基本构思是由L型连接角铁、固定架和六角薄螺母组成固定装置；由直流电源、金属环和螺线管及线圈组成磁场辅助装置；由高压水喷嘴、混合腔、聚焦管和磨料喷嘴组成喷射装置。直流电源控制螺线管线圈的电流大小，使之产生稳定的磁场。流入聚焦管的磁性磨料混合液受到了磁场的作用，提高了磁性磨料的能量，从而提高微细磨料水射流的加工能力。

磁场辅助微细磨料水射流加工方法，其工艺过程如下：

第一步：磨料喷嘴移动至待加工工件上方，调节合适的靶距；

第二步：打开水阀，使高压水从中央管路注入，通过高压水喷嘴喷出；

第三步：打开磨料供给装置，磁性磨料经磨料入口进入混合腔与水混合，最后通过磨料喷嘴喷出，形成磨料射流；混合腔的作用是促使磁性磨料与水混合充分；

第四步：打开直流电源开关，调整直流电源得到合适的电流，使磁场生成装置产生一定强度的磁场；进入混合腔的磁性磨料在射流压力、自身重力和磁场力等三重作用下在聚焦管内加速运动而后喷出，作用在工件表面，对材料进行微细加工；

第五步：待加工工作完成，先关闭直流电源，然后关闭磨料输送装置，最后关闭高压水输入装置。

磁场辅助微细磁性磨料水射流加工喷射装置，其特征在于：包括磁场生成装置和喷嘴固定装置，所述磁场生成装置安装在喷嘴上，二者同轴；所述磁场生成装置包括金属环，螺线管，直流电源。金属环通过卡槽固定在喷嘴外缘，金属环通过螺栓与螺线管连接，当直流电源供电时，螺线管产生一定强度的磁场；所述喷嘴固定装置包括L型连接角铁 ，固定架 和六角薄螺母。L型连接角铁与固定架通过螺栓连接，固定架与喷射装置通过六角薄螺母连接固定。L型角铁外接运动装置。

本装置中磨料采用磁性磨料。

磁性磨料水射流加工喷射装置中水射流通过中央管路经过高压水喷嘴喷出高压水射流，由于高压水射流在混合腔内与磨料供给装置所输送的磁性磨料混合，最后通过磨料喷嘴喷出，形成磨料水射流。在磁性磨料和高压水开始喷入时，磁场生成装置开始工作产生稳定的磁场，在磁场的作用下形成稳定加速的磨料水射流。

本发明通过直流电源给线圈通电，形成磁场，同时高压水和磁性磨料在混合腔混合后在磁场的作用下得以加速，准直性提高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.磨料水射流采用磁场辅助技术，磁场能够提高磨料的能量和混合效果，以提高加工能力和加工效率；

2.磁场生成装置工作时，可以通过线圈电流大小控制磁场强度，来调节作用磁性磨料上的磁场力，进而控制磨料的运动；

3.由于磁场线圈产生的磁场与喷嘴轴线同轴，可进一步约束磨料的运动，控制磨料的运动方向，从而产生准直的射流束；

4.在喷嘴上施加磁场，约束磨料运动方向，提高磨料运动速度，减少射流发散，获得准直微细磨料水射流束，增强磨料水射流的加工能力，进而提高磨料水射流加工效率和加工质量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明磁场辅助微细磨料水射流加工喷射装置的结构示意图；

附图标记：

1、L型连接角铁 2、螺栓 3、金属环 4、螺线管 5、磨料喷嘴 6、聚焦管 7、混合腔 8、磨料进口 9、磨料供给装置 10、高压水喷嘴 11、中央管路12、固定架 13、六角薄螺母 14、直流电源。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例详细说明本发明提出的方法及装置的细节和工作情况。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供的一种磁场辅助微细磨料水射流加工喷射装置的加工方法，其工艺过程按下列步骤操作：

第一步：磨料喷嘴5移动至待加工工件上方，调节合适的靶距；

第二步：打开水阀，使高压水从中央管路11注入，通过高压水喷嘴10喷出；

第三步：打开磨料供给装置9，磁性磨料经磨料入口8进入混合腔7与水混合，最后通过磨料喷嘴5喷出，形成磨料射流；混合腔7的作用是促使磁性磨料与水混合充分；

第四步：打开直流电源14开关，调整直流电源14得到合适的电流，使磁场生成装置产生一定强度的磁场；进入混合腔的磁性磨料在射流压力、自身重力和磁场力等三重作用下在聚焦管内加速运动而后喷出，作用在工件表面，对材料进行微细加工；

第五步：待加工工作完成，先关闭直流电源14，然后关闭磨料供给装置9，最后关闭高压水输入装置。

实施例2：本发明应用实施例1提供的加工方法应用于磁场辅助下的微细磨料水射流加工喷射装置，其特征在于：包括磁场生成装置和喷嘴固定装置，所述磁场生成装置安装在喷嘴5上，二者同轴；所述磁场生成装置包括金属环3，螺线管4，直流电源14。金属环3通过卡槽固定在喷嘴外缘，金属环3通过螺栓2与螺线管4连接，当直流电源14供电时，螺线管产生一定强度的磁场。所述喷嘴固定装置包括L型连接角铁1 ，固定架12 和六角薄螺母13。L型连接角铁1与固定架12通过螺栓连接，固定架12与喷射装置通过六角薄螺母13连接固定。

本发明具体的运行过程如下：如图1所示，高压水射流通过中央管路11经高压水喷嘴10喷出并在混合腔7内形成高压水射流， 从磨料进口8进入的磁性磨料被吸入混合腔7；在混合腔7中，磁性磨料被卷入水射流中，在辅助磁场的作用下，水射流和磁性磨料混合充分，产生稳定准直性高的磁性磨料混合液，最后通过磨料喷嘴5喷出， 形成磨料射流。

本发明应用于高压水喷嘴直径0.33mm，α45 º，聚焦管长度60mm的磨料水射流加工装置时，磁场提供0.17555mT的磁场强度，采用80目的磁性磨料，对硬脆材料进行的精密抛光试验可以得到表面粗糙度为Ra0.20um的表面。

本发明的方法中步骤二中磨料采用磁性磨料。

本发明的方法中步骤二中磁场的强度通过电流的大小控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化和改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.磁场辅助微细磨料水射流加工方法，其特征在于：按如下工艺步骤操作：

第一步：磨料喷嘴移动至待加工工件上方，调节合适的靶距；

第二步：打开水阀，使高压水从中央管路注入，通过高压水喷嘴喷出；

第三步：打开磨料供给装置，磁性磨料经磨料入口进入混合腔与水混合，最后通过磨料喷嘴喷出，形成磨料射流；混合腔的作用是促使磁性磨料与水混合充分；

第四步：打开直流电源开关，调整直流电源得到合适的电流，使磁场生成装置产生一定强度的磁场；进入混合腔的磁性磨料在射流压力、自身重力和磁场力等三重作用下在聚焦管内加速运动而后喷出，作用在工件表面，对材料进行微细加工；

第五步：待加工工作完成，先关闭直流电源，然后关闭磨料输送装置，最后关闭高压水输入装置。

2.根据权利要求1所述的磁场辅助微细磨料水射流加工方法所涉及的喷射装置，其特征在于：包括磁场生成装置和喷嘴固定装置，所述磁场生成装置安装在喷嘴上，二者同轴。

3.根据权利要求2所述的磁场生成装置包括金属环，螺线管，直流电源；金属环通过卡槽固定于喷嘴外缘，金属环通过螺栓与螺线管连接，当直流电源供电时，螺线管产生一定强度的磁场。

4.根据权利要求2所述的喷嘴固定装置包括L型连接角铁，固定架 和六角薄螺母；L型连接角铁与固定架通过螺栓连接，固定架与喷射装置通过六角薄螺母连接固定；L型角铁外接运动装置。