CN110420792A - 一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，该可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，包括喷嘴主体，所述喷嘴主体包括进液部分、谐振腔部分和出液部分，其中进液部分、谐振腔部分和出液部分由后至前依次连接设置，进液部分包括主进液管和副进液管，主进液管的中心设有贯通主进液管的通孔，主进液管的前端固定连接谐振腔部分，主进液管的中心设有副进液管，副进液管的中心设有贯通副进液管的高速流进液腔，副进液管与主进液管之间构成低速流进液腔；本发明采用射流空化小角度冲击实现狭长孔与不规则形状零件内表面加工，可以解决其内表面加工难题，值得大力推广。

Description

一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构
技术领域
本发明属于射流空化技术领域，具体涉及一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构。
背景技术
空化射流是一种在射流中自然产生空化气泡的连续射流，空泡或采用空气或采用淹没方式产生，采用多种方法在流体中形成一个压力低于当地蒸汽压力的区域，这样也就激发了空化核的生长(流体中的气泡)，这些气泡被卷入射流进一步生长，直到它们接近被清洗或切割的表面由于受阻滞而引起破裂。在破裂过程中，产生非常高的压力和微射流，靶面应力高于大多数材料的抗拉强度。虽然单独的空泡破裂造成的破坏程度较小，但持续渐增的此类现象使得材料的失效延展扩大。
空化射流应用于钻探、零件加工等各种领域，对于硬质零件的机械加工就应用到空化射流，现有技术中的空化射流喷嘴结构在加工时需要保持与零件表面夹角大于30°，这是由于采用小角度射流空化冲击会带来能量分散、加工强度不足的问题，降低加工质量甚至无法完成加工，但是对于一些零件内表面的加工又无法为空化射流喷嘴提供较大角度的加工条件，例如狭长孔内表面的加工，在狭长孔内限制空化射流喷嘴与加工表面夹角较小，导致冲击能量和加工强度不足的问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够实现小角度的零件射流加工的可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，包括喷嘴主体，所述喷嘴主体包括进液部分、谐振腔部分和出液部分，其中进液部分、谐振腔部分和出液部分由后至前依次连接设置，进液部分包括主进液管和副进液管，主进液管的中心设有贯通主进液管的通孔，主进液管的前端固定连接谐振腔部分，主进液管的中心设有副进液管，副进液管的中心设有贯通副进液管的高速流进液腔，副进液管与主进液管之间构成低速流进液腔，高速流进液腔和低速流进液腔的前端均连通谐振腔部分的内部，高速流进液腔和低速流进液腔分别用于将高速射流和低速射流通入谐振腔部分；
谐振腔部分包括谐振腔室，谐振腔室内部设有谐振腔体，谐振腔室的一侧设有超声波变幅杆，超声波变幅杆插入谐振腔室，外端连接换能器；超声波变幅杆产生超声振动，从而在谐振腔体内部产生大量微空泡，通过谐振腔孕育微空泡的产生及成长。
出液部分包括出液管和嘴头，出液管的后端固定连接谐振腔部分，前端固定连接嘴头，出液管的内部设有出液腔，嘴头的内部设有嘴腔，出液腔的后端连通谐振腔部分的内部，出液腔的前端连通嘴头内部的嘴腔。
作为本发明的进一步优化方案，所述高速射流进液腔与低速射流进液腔相互同轴设置。
作为本发明的进一步优化方案，所述高速射流进液腔与低速射流进液腔的直径比为5:6，限制高速射流和低速射流的直径比为5:6。
作为本发明的进一步优化方案，所述高速射流和低速射流的流速差大于20m/s。
作为本发明的进一步优化方案，所述副进液管的后端设有进液接头，高速流进液腔贯通进液接头，高速流进液腔的外侧的进液接头内设有环形腔，环形腔与低速流进液腔之间通过通道连通；进液接头的一侧设有与环形腔连通的低速流进液口。
作为本发明的进一步优化方案，所述高速流进液腔延伸到副进液管的后端构成高速流进液口。
作为本发明的进一步优化方案，所述进液接头与主进液管之间通过连接机构连接，该连接机构包括主进液管后端设置的法兰，进液接头通过螺栓固定连接该法兰。
作为本发明的进一步优化方案，所述嘴腔包括第一腔体和第二腔体，第一腔体的后端连通出液腔，前端连通第二腔体，嘴头的前端设有与第二腔体连通的通孔。
本发明的有益效果在于：
1)本发明采用射流空化小角度冲击实现狭长孔与不规则形状零件内表面加工，而且能够提供足够的冲击能量和加工强度，可以解决其内表面加工难题；
2)本发明采用超声变幅杆产生空化泡，以谐振腔孕育空化泡成长，以满足狭长孔与不规则形状零件内表面加工强度需求；
3)本发明采用中心为高速流体，外围为低速流体的同心射流结构，在非淹没环境下产生强剪切层及射流空化，解决已有在淹没环境才能发生射流空化的问题，改善加工环境，提高加工精度。
附图说明
图1是实施例一中本发明的原理示意图；
图2是实施例一中本发明的喷嘴主体的横截面结构示意图一；
图3是实施例一中本发明的喷嘴主体的横截面结构示意图二。
图中：进液部分1、谐振腔部分2、出液部分3、超声波变幅杆4、高速射流5、低速射流6、主进液管1-1、副进液管1-2、高速流进液腔1-3、低速流进液腔1-4、进液接头1-5、环形腔1-6、谐振腔室2-1、谐振腔体2-2、出液管3-1、嘴头3-2、零件21。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例一
如图1-3所示，一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，包括喷嘴主体，所述喷嘴主体包括进液部分1、谐振腔部分2和出液部分3，其中进液部分1、谐振腔部分2和出液部分3由后至前依次连接设置，进液部分1包括主进液管1-1和副进液管1-2，主进液管1-1的中心设有贯通主进液管1-1的通孔，主进液管1-1的前端固定连接谐振腔部分2，主进液管1-1的中心设有副进液管1-2，副进液管1-2的中心设有贯通副进液管1-2的高速流进液腔1-3，副进液管1-2与主进液管1-1之间构成低速流进液腔1-4，高速流进液腔1-3和低速流进液腔1-4的前端均连通谐振腔部分2的内部，高速流进液腔1-3和低速流进液腔1-4分别用于将高速射流5和低速射流6通入谐振腔部分2；
谐振腔部分2包括谐振腔室2-1，谐振腔室2-1内部设有谐振腔体2-2，谐振腔室2-1的一侧设有超声波变幅杆4，超声波变幅杆4插入谐振腔室2-1，外端连接换能器。通过换能器作为振源，为超声波变幅杆4产生超声振动，从而在谐振腔体2-2内部产生大量微空泡，通过谐振腔孕育微空泡的产生及成长。
出液部分3包括出液管3-1和嘴头3-2，出液管3-1的后端固定连接谐振腔部分2，前端固定连接嘴头3-2，出液管3-1的内部设有出液腔，嘴头3-2的内部设有嘴腔，出液腔的后端连通谐振腔部分2的内部，出液腔的前端连通嘴头3-2内部的嘴腔；
副进液管1-2的后端设有进液接头1-5，高速流进液腔1-3贯通进液接头1-5，高速流进液腔1-3的外侧的进液接头1-5内设有环形腔1-6，环形腔1-6与低速流进液腔1-4之间通过通道连通；进液接头1-5的一侧设有与环形腔1-6连通的低速流进液口。用于连接管道供入低速射流6。
高速流进液腔1-3延伸到副进液管1-2的后端构成高速流进液口。用于连接管道进入高速射流5。
进液接头1-5与主进液管1-1之间通过连接机构连接，该连接机构包括主进液管1-1后端设置的法兰，进液接头1-5通过螺栓固定连接该法兰。
高速射流5进液腔与低速射流6进液腔相互同轴设置。
高速射流5进液腔与低速射流6进液腔的直径比为5:6，从而限制高速射流5和低速射流6的直径比为5:6。
高速射流5和低速射流6的流速差大于20m/s。
嘴腔包括第一腔体和第二腔体，第一腔体的后端连通出液腔，前端连通第二腔体，嘴头3-2的前端设有与第二腔体连通的通孔；
第一腔体为变径腔体，直径由前至后依次增大。
必要的，超声波变幅杆4与谐振腔室2-1之间设有动密封圈。
本发明的工作原理：同心的高速射流5和低速射流6之间存在较大的速度差，使高速射流5和低速射流6之间产生强剪切层，高速射流5和低速射流6经过谐振腔部分2，谐振腔部分2配合超声波变幅杆4在谐振腔体2-2内部产生微空泡，并通过谐振腔孕育微空泡的产生及成长，而后微空泡通过同心射流带动从嘴头3-2喷出，同心射流产生的漩涡空化及谐振腔输送的大量空泡以小角度冲击狭长孔内壁面，利用空泡高速冲击壁面溃灭产生微射流与冲击波实现狭长孔与不规则形状零件21内表面的加工。
本发明的空化射流喷嘴结构应用于零件21内表面加工，喷嘴主体的轴心线与零件21内表面之间的夹角小于30°，能够提供小于30°的冲击角度α，利用空泡高速冲击壁面溃灭产生微射流与冲击波实现狭长孔与不规则形状零件21内表面的加工。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，其特征在于：包括喷嘴主体，所述喷嘴主体包括进液部分、谐振腔部分和出液部分，其中进液部分、谐振腔部分和出液部分由后至前依次连接设置，进液部分包括主进液管和副进液管，主进液管的中心设有贯通主进液管的通孔，主进液管的前端固定连接谐振腔部分，主进液管的中心设有副进液管，副进液管的中心设有贯通副进液管的高速流进液腔，副进液管与主进液管之间构成低速流进液腔，高速流进液腔和低速流进液腔的前端均连通谐振腔部分的内部，高速流进液腔和低速流进液腔分别用于将高速射流和低速射流通入谐振腔部分；
谐振腔部分包括谐振腔室，谐振腔室内部设有谐振腔体，谐振腔室的一侧设有超声波变幅杆，超声波变幅杆插入谐振腔室，外端连接换能器；
出液部分包括出液管和嘴头，出液管的后端固定连接谐振腔部分，前端固定连接嘴头，出液管的内部设有出液腔，嘴头的内部设有嘴腔，出液腔的后端连通谐振腔部分的内部，出液腔的前端连通嘴头内部的嘴腔。
2.根据权利要求1所述的一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，其特征在于：所述高速射流进液腔与低速射流进液腔相互同轴设置。
3.根据权利要求1所述的一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，其特征在于：所述高速射流进液腔与低速射流进液腔的直径比为5:6，限制高速射流和低速射流的直径比为5:6。
4.根据权利要求1所述的一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，其特征在于：所述高速射流和低速射流的流速差大于20m/s。
5.根据权利要求1所述的一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，其特征在于：所述副进液管的后端设有进液接头，高速流进液腔贯通进液接头，高速流进液腔的外侧的进液接头内设有环形腔，环形腔与低速流进液腔之间通过通道连通；进液接头的一侧设有与环形腔连通的低速流进液口。
6.根据权利要求1所述的一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，其特征在于：所述高速流进液腔延伸到副进液管的后端构成高速流进液口。
7.根据权利要求5所述的一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，其特征在于：所述进液接头与主进液管之间通过连接机构连接，该连接机构包括主进液管后端设置的法兰，进液接头通过螺栓固定连接该法兰。
8.根据权利要求1所述的一种可实现狭长孔内表加工的空化射流喷嘴结构，其特征在于：所述嘴腔包括第一腔体和第二腔体，第一腔体的后端连通出液腔，前端连通第二腔体，嘴头的前端设有与第二腔体连通的通孔。
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