CN111826513A - 一种基于空泡冲击效应的冲击强化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冲击强化加工领域，具体地说是一种基于空泡冲击效应的冲击强化装置，包括壳体和喷嘴，所述壳体套设于喷嘴上，且在所述壳体与喷嘴之间设有供低压液体流动的外流道，在所述壳体上设有低压液体接口，所述喷嘴内设有供高压液体流动的内孔道，所述低压液体与高压液体同轴喷出至工件表面，且高压液体中溶解的空气析出形成微气泡并在工件表面破裂。本发明通过合理地配置高低压液体的压力与喷出的位置关系，使高压液体内部产微气泡，进而利用微气泡破裂形成的冲击波实现对工件表面的强化作用，有效降低了冲击强化设备的成本及对周围环境的要求，大大拓展了冲击强化设备的应用范围。

Description

一种基于空泡冲击效应的冲击强化装置
技术领域
本发明涉及冲击强化加工领域，具体地说是一种基于空泡冲击效应的冲击强化装置。
背景技术
冲击强化技术已经广泛应用于多种金属材料复杂结构件的表面性能强化处理中。冲击强化技术根据强化方法的不同可以分为激光冲击强化、喷丸强化等等，但是现有的冲击强化方法存在设备造价高、对使用环境有诸多苛刻要求等不足，这就限制了冲击强化技术对复杂结构件表面进行强化的应用范围。
对材料进行表面冲击强化的方法较多，比如公开号为CN109136529A的发明专利中公开了一种使用激光束进行材料冲击强化的方法，该方法利用激光照射到吸收层上产生的等离子体爆炸所产生的冲击波实现对材料的冲击强化，采用了去离子水或者K9玻璃实现冲击波的约束作用，增大对材料的强化效果，公开号为CN109182725A的发明专利中则公开了一种使用液氮作为激光冲击强化方法中的约束层的方法，在低温环境下实现对材料的表面冲击强化，公开号为CN109108284A的发明专利中提出了一种采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，待完成单层材料增材制造后，使用超声波实现材料表面的冲击强化，公开号为CN108977640A的发明专利中提出了一种使用手持旋片喷丸设备对压裂泵腔体进行喷丸强化的工艺方法，其使用高速的碳化物弹丸对材料表面进行撞击，撞击产生的冲击波可以实现对材料的强化作用。上述专利采用了诸多不同方式实现对材料表面的冲击强化，但是普遍存在配套设备及耗材造价高，对冲击强化设备使用环境有严苛限制等缺点，很大程度上限制了冲击强化技术的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于空泡冲击效应的冲击强化装置，通过合理地配置高低压液体的压力与喷出的位置关系，使高压液体内部产微气泡，进而利用微气泡破裂形成的冲击波实现对工件表面的强化作用，有效降低了冲击强化设备的成本及对周围环境的要求，大大拓展了冲击强化设备的应用范围。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于空泡冲击效应的冲击强化装置，包括壳体和喷嘴，所述壳体套设于喷嘴上，且在所述壳体与喷嘴之间设有供低压液体流动的外流道，在所述壳体上设有低压液体接口，所述喷嘴内设有供高压液体流动的内孔道，所述低压液体与高压液体同轴喷出至工件表面，且高压液体中溶解的空气析出形成微气泡并在工件表面破裂。
所述外流道的流道前端部向内收缩。
所述壳体前端内侧以及所述喷嘴前端外侧均呈圆锥面，且所述壳体前端内侧圆锥面与所述喷嘴前端外侧圆锥面之间形成所述流道前端部。
所述壳体前端内侧的圆锥面母线和所述喷嘴前端外侧的圆锥面母线平行且与喷嘴轴线之间的夹角取值范围为0～40度。
所述壳体后端与喷嘴之间设有密封件。
所述喷嘴后端设有法兰，且所述壳体后端面与所述法兰相抵嵌合，所述壳体后端设有内凸部，且所述内凸部内壁与所述喷嘴本体的外壁之间设有所述密封件。
所述高压液体的压力值范围为25～100MPa。
所述低压液体的压力值范围为0.5～20MPa。
所述喷嘴的内孔道的截面形状为圆形、矩形或圆角矩形。
所述喷嘴的内孔道孔径为1～10mm。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明使高压液体由喷嘴的内孔道喷出，使低压液体由壳体与喷嘴之间的外流道喷出，从而使高压液体与低压液体实现了同轴耦合，两者的压力差及速度差使得高压液体中的气体析出成为微气泡，并利用微气泡破裂产生的冲击波完成对工件表面的强化作用，相比于传统的冲击强化方法，本发明有效降低了冲击强化设备的成本及对周围环境的要求，大大拓展了冲击强化设备的应用范围。
2、本发明结构简单，制造方便，且喷嘴的内孔道可根据实际需要采用不同截面形状。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为本发明喷嘴孔道截面形状的一个实施例示意图，
图3为本发明喷嘴孔道截面形状的另一个实施例示意图，
图4为本发明喷嘴孔道截面形状的又一个实施例示意图。
其中，1为壳体，101为低压液体接口，102为外流道，1021为流道前端部，103为内凸部，2为喷嘴，201为内孔道，202为法兰，3为密封件，4为工件表面，5为微气泡。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括壳体1和喷嘴2，所述壳体1套设于喷嘴2上，且在所述壳体1与喷嘴2之间的空隙形成供低压液体流动的外流道102，在所述壳体1上设有低压液体接口101，所述喷嘴2内设有供高压液体流动的内孔道201。如图1所示，装置工作时，高压液体沿着内孔道201流动并喷出至工件表面4，低压液体沿着所述壳体1与喷嘴2之间形成的呈环形的外流道102流动并喷出至工件表面4，且所述低压液体与高压液体同轴喷出，高压液体从喷嘴2喷出后与低压液体接触，由于液压差及高压液体与低压液体之间的流速差，高压液体中溶解的空气析出并形成微气泡5，混合液体与工件表面4接触后，微气泡5发生破裂，微气泡5破裂所产生的冲击波完成对工件表面4的强化作用。本实施例中，所述低压液体和高压液体均为水，所述高压液体的压力值范围为25～100MPa，所述低压液体的压力值范围为0.5～20MPa，。
如图1所示，所述外流道102的流道前端部1021向内收缩，以保证低压液体和高压液体耦合，所述壳体1前端内侧以及所述喷嘴2前端外侧均呈圆锥面，由此形成所述流道前端部1021，所述壳体1前端内侧的圆锥面母线以及所述喷嘴2的前端外侧的圆锥面母线平行且与喷嘴2轴线之间的夹角取值范围为0～40度。
如图1所示，所述壳体1后端与喷嘴2之间设有密封件3用于保证密封，以防止外流道102内的低压液体泄漏。
如图1所示，所述喷嘴2后端设有法兰202，且所述壳体1后端面与所述法兰202相抵嵌合，所述壳体1后端设有内凸部103，且所述内凸部103内壁与所述喷嘴2本体的外壁之间设有所述密封件3。本实施例中，所述密封件3为密封圈。根据壳体1与喷嘴2结构的不同，所述密封件3也可以缺省。
如图2～4所示，本发明可采用不同截面形状内孔道201的喷嘴2，如图2所示喷嘴2的内孔道201截面为圆形，可产生截面为圆形的高压液体射流，并可以对工件表面4上的圆形区域进行冲击强化，如图3所示喷嘴2的内孔道201截面为矩形，如图4所示喷嘴2的内孔道201截面为圆角矩形，分别可以对工件表面4上的矩形或圆角矩形区域进行冲击强化。
本实施例中，所述喷嘴2的内孔道201孔径取值范围为1～10mm。
本发明的工作原理为：
本发明工作时，高压液体沿着喷嘴2的内孔道201喷出至工件表面4，低压液体沿着所述壳体1与喷嘴2之间的外流道102喷出至工件表面4，且所述低压液体与高压液体同轴喷出并接触混合，由于低压液体与高压液体之间的液压差及流速差，高压液体中溶解的空气会析出并形成微气泡5，混合液体与工件表面4接触后，微气泡5发生破裂，微气泡5破裂所产生的冲击波完成对工件表面4的强化作用。

Claims (10)

1.一种基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：包括壳体(1)和喷嘴(2)，所述壳体(1)套设于喷嘴(2)上，且在所述壳体(1)与喷嘴(2)之间设有供低压液体流动的外流道(102)，在所述壳体(1)上设有低压液体接口(101)，所述喷嘴(2)内设有供高压液体流动的内孔道(201)，所述低压液体与高压液体同轴喷出至工件表面(4)，且高压液体中溶解的空气析出形成微气泡(5)并在工件表面(4)破裂。
2.根据权利要求1所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述外流道(102)的流道前端部(1021)向内收缩。
3.根据权利要求2所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述壳体(1)前端内侧以及所述喷嘴(2)前端外侧均呈圆锥面，且所述壳体(1)前端内侧圆锥面与所述喷嘴(2)前端外侧圆锥面之间形成所述流道前端部(1021)。
4.根据权利要求3所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述壳体(1)前端内侧的圆锥面母线和所述喷嘴(2)前端外侧的圆锥面母线平行且与喷嘴(2)轴线之间的夹角取值范围为0～40度。
5.根据权利要求1所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述壳体(1)后端与喷嘴(2)之间设有密封件(3)。
6.根据权利要求5所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述喷嘴(2)后端设有法兰(202)，且所述壳体(1)后端面与所述法兰(202)相抵嵌合，所述壳体(1)后端设有内凸部(103)，且所述内凸部(103)内壁与所述喷嘴(2)本体的外壁之间设有所述密封件(3)。
7.根据权利要求1所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述高压液体的压力值范围为25～100MPa。
8.根据权利要求1所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述低压液体的压力值范围为0.5～20MPa。
9.根据权利要求1所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述喷嘴(2)的内孔道(201)的截面形状为圆形、矩形或圆角矩形。
10.根据权利要求1所述的基于空泡冲击效应的冲击强化装置，其特征在于：所述喷嘴(2)的内孔道(201)孔径为1～10mm。
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