CN112828777A - 一种用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,包括混合管、旋流外管、旋转内管以及混合入料盖,所述旋流外管的两端分别与混合管和混合入料盖固定连接;所述旋转内管通过可转动的结构设置在旋流外管的内腔中;所述旋流外管的内腔壁上设有螺旋导槽;所述混合入料盖上设有两个入料口,两个入料口的一端分别与旋流外管的螺旋导槽和旋转内管的内腔连通;所述混合管设置为文丘里管结构,该混合管的负压段处与入料管连通;所述旋转内管的内腔中设有固定设置的负压螺旋杆。该多相流旋转射流混合装置能够均匀地将多相研磨物料混合,从而提高强化研磨加工的效果。
Description
技术领域
本发明涉及强化研磨加工混合装置,具体涉及一种用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置。
背景技术
强化研磨加工是一种基于复合加工方法的抗疲劳、抗腐蚀、抗磨损的金属材料表面强化加工方法,其原理是将钢珠、研磨粉、研磨液以及压缩气体混合并喷射至待加工的工件表面,斜向、高速喷射的混合喷射流会对加工工件的表面产生随机等概率碰撞(塑性加工,产生残余压应力)和微切削(研磨),使金属工件获得较低的表面粗糙度及其一致性(控形),同时还获得有利于润滑的“油囊”以及摩擦小、抗腐蚀、抗磨损、抗疲劳等等的高性能。其中,在混合喷射流冲击工件的表面时,会同时对工件进行表面塑性强化和两级研磨切削作用,提高工件的表面强度,改善工件的表面粗糙度,延长其使用寿命。
在传统的研磨加工的过程中,通过直喷头高速地将混合物料喷射到工件表面中,首先,由于混合物料为气、液、固三态物料的集合,其混合的均匀程度不仅会直接影响到研磨加工的效果,还会影响到送料系统的稳定性;其次由于重力的影响,研磨无旋转喷射流在喷射的过程中会向下倾斜,导致研磨喷射流的稳定性、准确性和射程的减小,无法精确的加工目标位置,直接影响到研磨加工的效果。为此,现有技术中提出一些通过旋转喷头进行喷射的加工方法,由于旋转喷头可以产生具有三维速度的旋转射流,旋转射流与无旋转射流或单一喷嘴产生的射流相比,旋转射流具有更好的卷吸能力和掺混能力,还有更高的稳定性、准确性和射程,用于强化研磨加工的旋转喷头,不仅需要其产生的射流具有一定的轴向速度,也需要一定的切向速度。
基于旋转射流在速度形式上的优越性,旋转喷头能够提升其卷吸能力、掺混能力、稳定性、准确性和射程,对进一步提高研磨加工的精确性和质量起积极作用。其中,旋转射流的产生方式大概分为两类:一类是利用切向入料加旋,另一类是利用导向元件加旋。单一的切向入料加旋轴向速度小,所形成的旋转射流容易扩散且不满足加工需求;而单一的导向元件加旋有可能使最大轴向速度偏心,降低了加工的精确性和加工质量。因此上述方式产生的旋转射流不适合强化研磨加工。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题,提供一种用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,该多相流旋转射流混合装置能够均匀地将多相研磨物料混合,从而提高强化研磨加工的效果。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,包括混合管、旋流外管、旋转内管以及混合入料盖,所述旋流外管的两端分别与混合管和混合入料盖固定连接;所述旋转内管通过可转动的结构设置在旋流外管的内腔中;所述旋流外管的内腔壁上设有螺旋导槽;
所述混合入料盖上设有两个入料口,两个入料口的一端分别与旋流外管的螺旋导槽和旋转内管的内腔连通;
所述混合管设置为文丘里管结构,该混合管的负压段处与入料管连通;
所述旋转内管的内腔中设有固定设置的负压螺旋杆。
上述用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置的工作原理为:
工作时,通过输送管分别将其中一种研磨物料输送混合入料盖中,该研磨物料经过混合入料盖的其中一个入料口流入旋流外管的螺旋导槽中(该研磨物料位于旋转内管的外壁与螺旋导槽之间),该研磨物料沿着螺旋导槽往前移动,使得该研磨物料的切向速度得到增强,同时带动旋转内管进行旋转,最后从螺旋导槽的出口转移至混合管中。与此同时,在旋转内管中的负压螺旋杆随着旋转内管进行旋转,从而在旋转内管中产生负压,使得另一种研磨物料经过混合入料盖的另一个入料口吸入旋转内管的内腔中,而且另一种研磨物料随着旋转内管进行旋转,使得该研磨物料的切向速度得到增强,同时完成入料和加旋操作,再从旋转内管的出口转移至混合管中。
上述两种研磨物料在混合管中汇合,形成旋转射流,此时的速度形式主要是由轴向速度和切向速度耦合,混合管的混合渐缩段又使得流体(研磨物料)的切向速度和轴向速度都得到增强,流体(研磨物料)的切向速度得到再次增强。其中,两种研磨物料高速通过文丘里管结构的混合管时,在混合管的负压段处产生负压力,将第三种研磨物料吸入混合管中,并与另两种研磨物料混合,形成均匀的三相研磨射流(三相流体为可替换的气态、固态、液态研磨料),获得质量更高的强化效果。
本发明的一个优选方案,其中,所述混合管的内腔靠近旋流外管的一端设有内管渐缩段,另一端设有内管渐阔段;
所述混合渐缩段的渐缩角为θ1,θ1=15-45°;所述混合渐阔段的渐阔角为θ2,θ2=15°-45°。
本发明的一个优选方案,其中,所述混合管的轴线与入料管的轴线之间的夹角为90°。
本发明的一个优选方案,其中,所述可转动的结构包括转动轴承,所述旋转内管的两端分别通过所述转动轴承连接在旋流外管的轴承安装槽和混合入料盖的轴承安装槽中。
本发明的一个优选方案,其中,所述螺旋导槽的螺距为0.1D1-0.3D1,螺旋线升角为10°-30°,圈数为5-10圈,线数为1;其中,D1为螺旋导槽的大径。
本发明的一个优选方案,其中,所述负压螺旋杆的螺距为0.1D2-0.3D2,螺旋线升角为10°-30°,圈数为5-10圈,线数为1;其中,D2为负压螺旋杆的螺旋部的大径。
本发明的一个优选方案,其中,所述旋转内管的内腔靠近混合入料盖的一端设有内管渐缩段,另一端设有内管渐阔段;
所述内管渐缩段的渐缩角为α,α=15°-45°;所述内管渐阔段的渐阔角为β,β=15°-45°。
本发明的一个优选方案,其中,两个入料口分别为开设在混合入料盖的侧面的第一入料口和开设在混合入料盖的顶部的第二入料口,所述第一入料口与旋流外管的螺旋导槽连通,所述第二入料口与旋转内管的内腔连通。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明中的多相流旋转射流混合装置能够均匀地将多相研磨物料混合,从而提高强化研磨加工的效果。
2、通过在旋流外管内设置可转动的旋转内管,当其中一种研磨物料高速进入螺旋导槽后,不仅该研磨物料的切向速度得到增强,同时还带动旋转内管进行旋转,将另一种研磨物料吸进旋转内管中,另一种研磨物料随着旋转内管进行旋转,使得另一种研磨物料的切向速度得到增强,同时完成入料和加旋操作,无需其他额外驱动机构,再从旋转内管的出口转移至混合管中,结构十分巧妙,可简化其他相关结构,降低制造成本。
3、当前面两种研磨物料高速通过文丘里管结构的混合管时,在混合管的负压段处产生负压力,将第三种研磨物料吸入混合管中,并与另两种研磨物料混合,形成均匀的三相研磨射流,获得质量更高的强化效果。
附图说明
图1为本发明中的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置的剖视图。
图2为本发明中的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置的立体爆炸示意图。
图3为图1中的旋转内管和负压螺旋杆的剖视图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案,下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述,但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-3,本实施例中的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,包括混合管1、旋流外管2、旋转内管3以及混合入料盖4,所述旋流外管2的两端分别与混合管1和混合入料盖4固定连接;所述旋转内管3通过可转动的结构设置在旋流外管2的内腔中,该可转动的结构包括转动轴承5,所述旋转内管3的两端分别通过所述转动轴承5连接在旋流外管2的轴承安装槽和混合入料盖4的轴承安装槽中。
参见图1-3,所述旋流外管2的内腔壁上设有螺旋导槽2-1,该螺旋导槽2-1的螺距为0.1D1-0.3D1,螺旋线升角为10°-30°,圈数为5-10圈,线数为1;其中,D1为螺旋导槽2-1的大径。进一步,基于试验和数值模拟可知,经过螺旋导槽2-1的第一相流体会受到螺旋导槽2-1的结构参数的影响,会影响到两相混合流体通过混合管1时的三维速度的强弱和旋转内管3的旋转速度的快慢,所以在固定长度内,螺距越小会使圈数增加使得流程越长,此时流程越长,对旋流外管2的螺旋导槽2-1内的第一相流体的轴向速度的削弱越大,但是增强了旋流外管2的螺旋导槽2-1内的第一相流体的切向速度和旋转内管3的旋转速度,旋转内管3的旋转速度的增强会导致旋转内管3内的第二相流体的切向速度和轴向速度得到增强;而在圈数固定内,升角太高也会使得流程更长,此时流程越长,对旋流外管2螺旋导槽2-1内的第一相流体的切向速度和旋转内管3的旋转速度削弱越大,旋转内管3的旋转速度的削弱会导致旋转内管3内的第二相流体的切向速度和轴向速度得到削弱,但是增强了旋流外管2的螺旋导槽2-1内的第一相流体的轴向速度,所以取上述结构参数。
参见图1-2,所述混合入料盖4上设有两个入料口,两个入料口分别为开设在混合入料盖4的侧面的第一入料口4-1和开设在混合入料盖4的顶部的第二入料口4-2,所述第一入料口4-1与旋流外管2的螺旋导槽2-1连通,所述第二入料口4-2与旋转内管3的内腔连通。
参见图1-2,所述混合管1设置为文丘里管结构,该混合管1的负压段处与入料管6连通;所述混合管1的轴线与入料管6的轴线之间的夹角为90°。
参见图1-3,所述旋转内管3的内腔中设有固定设置的负压螺旋杆7,该负压螺旋杆7的螺距为0.1D2-0.3D2,螺旋线升角为10°-30°,圈数为5-10圈,线数为1;其中,D2为负压螺旋杆7的螺旋部的大径。进一步,基于试验和数值模拟可知,经过旋转内管3的第二相流体会受到负压螺旋杆7的结构参数的影响,会影响到两相混合流体通过混合管1时的三维速度强弱,在固定长度内,螺距越小会使圈数增加使得流程越长,此时流程越长,对负压螺旋杆7内的第二相流体的轴向速度的削弱越大,但是增强了其切向速度;而在圈数固定内,升角太高也会使得流程更长,此时流程越长,对负压螺旋杆7内的第二相流体的切向速度削弱越大,但是增强了其轴向速度,所以取上述结构参数。
参见图1-2,所述混合管1的内腔靠近旋流外管2的一端设有内管渐缩段,另一端设有内管渐阔段;所述混合渐缩段的渐缩角为θ1,θ1=15-45°;所述混合渐阔段的渐阔角为θ2,θ2=15°-45°。
参见图3,所述旋转内管3的内腔靠近混合入料盖4的一端设有内管渐缩段,另一端设有内管渐阔段;所述内管渐缩段的渐缩角为α,α=15°-45°;所述内管渐阔段的渐阔角为β,β=15°-45°。
参见图1-3,本实施例中的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置的工作原理为:
工作时,通过输送管分别将其中一种研磨物料输送混合入料盖4中,该研磨物料经过混合入料盖4的其中一个入料口流入旋流外管2的螺旋导槽2-1中(该研磨物料位于旋转内管3的外壁与螺旋导槽2-1之间),该研磨物料沿着螺旋导槽2-1往前移动,使得该研磨物料的切向速度得到增强,同时带动旋转内管3进行旋转,最后从螺旋导槽2-1的出口转移至混合管1中。与此同时,在旋转内管3中的负压螺旋杆7随着旋转内管3进行旋转,从而在旋转内管3中产生负压,使得另一种研磨物料经过混合入料盖4的另一个入料口吸入旋转内管3的内腔中,而且另一种研磨物料随着旋转内管3进行旋转,使得该研磨物料的切向速度得到增强,同时完成入料和加旋操作,再从旋转内管3的出口转移至混合管1中。
上述两种研磨物料在混合管1中汇合,形成旋转射流,此时的速度形式主要是由轴向速度和切向速度耦合,混合管1的混合渐缩段又使得流体(研磨物料)的切向速度和轴向速度都得到增强,流体(研磨物料)的切向速度得到再次增强。其中,两种研磨物料高速通过文丘里管结构的混合管1时,在混合管1的负压段处产生负压力,将第三种研磨物料吸入混合管1中,并与另两种研磨物料混合,形成均匀的三相研磨射流(三相流体为可替换的气态、固态、液态研磨料),获得质量更高的强化效果。
上述为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述内容的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,其特征在于,包括混合管、旋流外管、旋转内管以及混合入料盖,所述旋流外管的两端分别与混合管和混合入料盖固定连接;所述旋转内管通过可转动的结构设置在旋流外管的内腔中;所述旋流外管的内腔壁上设有螺旋导槽;
所述混合入料盖上设有两个入料口,两个入料口的一端分别与旋流外管的螺旋导槽和旋转内管的内腔连通;
所述混合管设置为文丘里管结构,该混合管的负压段处与入料管连通;
所述旋转内管的内腔中设有固定设置的负压螺旋杆。
2.根据权利要求1所述的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,其特征在于,所述混合管的内腔靠近旋流外管的一端设有内管渐缩段,另一端设有内管渐阔段;
所述混合渐缩段的渐缩角为θ1,θ1=15-45°;所述混合渐阔段的渐阔角为θ2,θ2=15°-45°。
3.根据权利要求1或2所述的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,其特征在于,所述混合管的轴线与入料管的轴线之间的夹角为90°。
4.根据权利要求1所述的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,其特征在于,所述可转动的结构包括转动轴承,所述旋转内管的两端分别通过所述转动轴承连接在旋流外管的轴承安装槽和混合入料盖的轴承安装槽中。
5.根据权利要求1所述的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,其特征在于,所述螺旋导槽的螺距为0.1D1-0.3D1,螺旋线升角为10°-30°,圈数为5-10圈,线数为1;其中,D1为螺旋导槽的大径。
6.根据权利要求1所述的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,其特征在于,所述负压螺旋杆的螺距为0.1D2-0.3D2,螺旋线升角为10°-30°,圈数为5-10圈,线数为1;其中,D2为负压螺旋杆的螺旋部的大径。
7.根据权利要求1所述的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,其特征在于,所述旋转内管的内腔靠近混合入料盖的一端设有内管渐缩段,另一端设有内管渐阔段;
所述内管渐缩段的渐缩角为α,α=15°-45°;所述内管渐阔段的渐阔角为β,β=15°-45°。
8.根据权利要求1所述的用于强化研磨加工的多相流旋转射流混合装置,其特征在于,两个入料口分别为开设在混合入料盖的侧面的第一入料口和开设在混合入料盖的顶部的第二入料口,所述第一入料口与旋流外管的螺旋导槽连通,所述第二入料口与旋转内管的内腔连通。
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