CN113400205B - 一种带有清洁功能的脉冲式喷头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有清洁功能的脉冲式喷头装置，包括研磨加工模块和清洁模块，所述研磨加工模块包括研磨加工喷头、混合管和研磨加工有压输送管；所述混合管连通在研磨加工喷头和研磨加工有压输送管之间；所述清洁模块包括清洁喷头和清洁有压输送管，所述清洁喷头与清洁有压输送管连通；所述清洁有压输送管上设有第一清洁有压分管和第二清洁有压分管；所述清洁有压输送管上设有清洁输送开关；所述研磨加工有压分管与第一清洁有压分管通过第一单向阀连通；所述混合分管与第二清洁有压分管通过第二单向阀连通。该脉冲式喷头装置不仅集成了清洁功能，而且利用水锤效应实现研磨物料和强化改性研磨液的脉冲式喷射，提高强化研磨加工效果和加工环境的清洁度。

Description

一种带有清洁功能的脉冲式喷头装置

技术领域

本发明涉及强化研磨加工装置，具体涉及一种带有清洁功能的脉冲式喷头装置。

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上，对工件进行强化研磨加工。在加工的过程中，喷射速度一般保持恒定，而持续的喷射容易在加工表面或附近形成沉淀层，影响加工效果和加工环境的清洁度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种带有清洁功能的脉冲式喷头装置，该脉冲式喷头装置不仅集成了清洁功能，而且利用水锤效应实现研磨物料和强化改性研磨液的脉冲式喷射，有利于提高强化研磨加工效果和加工环境的清洁度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种带有清洁功能的脉冲式喷头装置，包括研磨加工模块和清洁模块，所述研磨加工模块包括研磨加工喷头、混合管和研磨加工有压输送管，所述研磨加工喷头上设有入料管；所述混合管连通在研磨加工喷头和研磨加工有压输送管之间；所述研磨加工有压输送管上设有研磨加工有压分管；所述混合管上设有混合分管；

所述清洁模块包括清洁喷头和清洁有压输送管，所述清洁喷头与清洁有压输送管连通；所述清洁有压输送管上设有第一清洁有压分管和第二清洁有压分管，沿着输送的方向，所述第二清洁有压分管位于第一清洁有压分管的前方；所述清洁有压输送管上设有清洁输送开关，沿着输送的方向，所述清洁输送开关位于第二清洁有压分管的前方；

所述研磨加工有压分管与第一清洁有压分管之间通过第一单向阀连通；所述混合分管与第二清洁有压分管之间通过第二单向阀连通；所述第一单向阀和第二单向阀的通路方向相反。

上述带有清洁功能的脉冲式喷头装置的工作原理为：

工作时，以一定的压力将强化改性研磨液分别通入研磨加工有压输送管和清洁有压输送管中，强化改性研磨液沿着研磨加工有压输送管、混合管进入研磨加工喷头中，与此同时，研磨物料从入料管进入研磨加工喷头中，与强化改性研磨液汇合后高速喷向工件的表面；强化改性研磨液沿着清洁有压输送管进入清洁喷头中(此时清洁输送开关为开启的状态)，再由清洁喷头射向工件已加工表面或加工表面附近，对工件进行清洁。

在开启一定时间后，将清洁输送开关转为关闭的状态，清洁喷头停止喷射，此时在清洁有压输送管中产生正水锤效应，使得清洁有压输送管内的压力突然增大，从而驱动清洁有压输送管内的强化改性研磨液经过第二单向阀进入混合管中，再从混合管输送至研磨加工喷头，大幅提高研磨物料的喷射速度。在关闭一定时间后，将清洁输送开关转为开启的状态，强化改性研磨液瞬间沿着清洁有压输送管进入清洁喷头中，此时在清洁有压输送管中产生负水锤效应，亦即在清洁有压输送管的内腔中产生负压；在负压的作用下，驱动研磨加工有压输送管中的强化改性研磨液经过第一单向阀进入清洁有压输送管中，提高清洁喷头的喷射速度。

按照上述操作，不断切换清洁输送开关的状态，不仅能够将研磨物料脉冲式地从研磨加工喷头喷出，还能够提供脉冲式的强化改性研磨液，从而获得更好的强化加工效果和清洁效果。

本发明的一个优选方案，其中，所述混合分管的轴线与混合管的轴线之间的夹角为α，α＝30-60°。

本发明的一个优选方案，其中，所述入料管的轴线与研磨加工喷头的轴线之间的夹角为β，β＝30-45°。

本发明的一个优选方案，其中，所述混合分管的内腔靠近第二单向阀的一端设有第一渐扩段，所述第一渐扩段的渐扩角θ3，θ₃＝15°-30°。

本发明的一个优选方案，其中，所述混合管的内腔靠近研磨加工喷头的一端设有第二渐扩段，所述第二渐扩段的渐扩角θ₁，θ₁＝15°-45°。

本发明的一个优选方案，其中，所述混合管的内腔靠近研磨加工有压输送管的一端设有渐缩段，所述渐缩段的渐缩角θ₂，θ₂＝15°-45°。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中的脉冲式喷头装置利用水锤效应，能够提高研磨物料和强化改性研磨液的喷射速度，使得研磨物料和强化改性研磨液脉冲式地喷出，有利于获得更好的强化加工效果和清洁效果。

2、通过将清洁模块和研磨加工模块集成在一起，无需额外配置独立的清洁装置，可以同时提供研磨物料和强化改性研磨液。

3、通过切换清洁输送开关的状态，清洁有压输送管会产生正水锤效应和负水锤效应，从而使腔内的压力发生变化，实现第一单向阀和第二单向阀的打开从而改变了研磨喷头和清理喷头的喷射压力，无需其他额外的驱动装置，结构十分巧妙，可简化其他相关结构，降低制造成本。

附图说明

图1为本发明中的带有清洁功能的脉冲式喷头装置的正视图。

图2-4为本发明中的带有清洁功能的脉冲式喷头装置的剖视图。

图5为本发明中的混合管的剖视图。

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1-5，本实施例中的带有清洁功能的脉冲式喷头装置，包括研磨加工模块和清洁模块，所述研磨加工模块包括研磨加工喷头1、混合管2和研磨加工有压输送管3，所述研磨加工喷头1上设有入料管4；其中，所述入料管4的轴线与研磨加工喷头1的轴线之间的夹角为β，β＝45°；在汇合的夹角范围0-90°内，若β＜30°，会导致研磨加工喷头1整体尺寸变大，研磨料重力势能利用率小，加大研磨料输送时的能量的消耗；若β＞45°，会对研磨加工喷头1内部造成过大的冲击，容易产生振动，使得喷射系统不稳定，难以产生稳定的脉冲喷射流。因此，本实施例将入料管与研磨加工喷头1之间的夹角限定在30-45°之间，使研磨料以合适的角度斜向与加压强化改性研磨液相混合形成研磨物料混合三相流并以合适的速度从研磨加工喷头1喷射出，既起提高研磨料重力势能利用率，又能够获得稳定的脉冲喷射流，有利于提高强化加工效果。

所述混合管2连通在研磨加工喷头1和研磨加工有压输送管3之间；所述研磨加工有压输送管3上设有研磨加工有压分管5；所述混合管2上设有混合分管6。

所述清洁模块包括清洁喷头7和清洁有压输送管8，所述清洁喷头7与清洁有压输送管8连通；所述清洁有压输送管8上设有第一清洁有压分管9和第二清洁有压分管10，沿着输送的方向，所述第二清洁有压分管10位于第一清洁有压分管9的前方；所述清洁有压输送管8上设有清洁输送开关11，沿着输送的方向，所述清洁输送开关11位于第二清洁有压分管10的前方；具体地，所述清洁输送开关11为电磁阀。

所述研磨加工有压分管5与第一清洁有压分管9之间通过第一单向阀12连通；所述混合分管6与第二清洁有压分管10之间通过第二单向阀13连通；所述第一单向阀12和第二单向阀13的通路方向相反，具体地，所述第一单向阀12的通路方向是从研磨加工有压分管5至第一清洁有压分管9，所述第二单向阀13的通路方向是从第二清洁有压分管10至混合分管6。

参见图5，所述混合分管6的轴线与混合管2的轴线之间的夹角为α，α＝45°。在混合输送的夹角范围0-90°内，若α＜30°，会导致混合管2整体尺寸变大，且会使得加压强化改性研磨液速度变化过大，使得射流过于离散化，起不到良好的强化加工效果；若α＞60°，会导致使得加压强化改性研磨液速度变化幅度过小，没有明显的加速作用，且会对混合管2内部造成过大的冲击，容易产生振动，使得喷射系统不稳定，难以产生稳定的脉冲喷射流。因此，本实施例将混合分管6与混合管2之间的夹角限定在30-60°之间，使清洁有压输送管8的加压强化研磨改性液以合适的角度斜向与混合管2中的加压强化改性研磨液相混合，既起到加速的作用，又能够获得稳定的脉冲喷射流，有利于提高强化加工效果。

参见图5，所述混合分管6的内腔靠近第二单向阀13的一端设有第一渐扩段，所述第一渐扩段的渐扩角θ₃，θ₃＝15°-45°；根据流体连续原理可知截面的变化会引起流速的变化，由于渐扩段的渐扩角的存在，管道流通横截面积逐渐变小，使得流体流速提升，起到加速强化改性研磨液的作用。进一步，当第一渐扩段的渐扩角θ₃＜15°时，会使加速效果不明显，难以满足脉冲式喷射时速度提高的需求；当第一渐扩段的渐扩角θ₃＞45°时，会因为流通横截面积变化过快导致流体能量损失过大，容易产生振动，使得系统不稳定，难以生成稳定的脉冲式三相混合射流。因此，本实施例将第一渐扩段的渐扩角θ₃限定在15°-45°之间，能够综合上述优点，提高强化加工效果。

所述混合管2的内腔靠近研磨加工喷头1的一端设有第二渐扩段，所述第二渐扩段的渐扩角θ₁，θ₁＝15°-45°；通过上述结构，将第二渐扩段的渐扩角θ₁取值在15°-30°的范围内，利用较小能量和速度的损失，换取更大的混合空间，便于清洁有压输送管8的加压强化研磨改性液与混合管2中的加压强化改性研磨液更好地相混合，且增加混合分管6离混合管2内壁的距离，减小其加压强化研磨改性液对混合管2内部的冲击，减小或避免振动的产生，使得喷射系统更加稳定。

所述混合管2的内腔靠近研磨加工有压输送管3的一端设有渐缩段，所述渐缩段的渐缩角θ₂，θ₂＝15°-45°。根据流体连续原理可知截面的变化会引起流速的变化，由于渐扩段渐扩角的存在，管道流通横截面积逐渐变小，使得流体流速提升，起到加速强化改性研磨液的作用。进一步，当渐缩段的渐缩角θ₂＜15°时，会使加速效果不明显，难以满足脉冲式喷射时速度提高的需求；当渐缩段的渐缩角θ₂＞45°时，会因为流通横截面积变化过快导致流体能量损失过大，容易产生振动，使得系统不稳定。因此，本实施例将渐缩段的渐缩角θ₂限定在15°-45°之间，能够综合上述优点，提高强化加工效果。

参见图1-4，本实施例中的带有清洁功能的脉冲式喷头装置的工作原理为：

工作时，以一定的压力将强化改性研磨液分别通入研磨加工有压输送管3和清洁有压输送管8中，强化改性研磨液沿着研磨加工有压输送管3、混合管2进入研磨加工喷头1中，与此同时，研磨物料从入料管4进入研磨加工喷头1中，与强化改性研磨液汇合后高速喷向工件的表面；强化改性研磨液沿着清洁有压输送管8进入清洁喷头7中(此时清洁输送开关11为开启的状态)，再由清洁喷头7射向工件已加工表面或加工表面附近，对工件进行清洁，如图2。

在开启一定时间后，将清洁输送开关11转为关闭的状态，清洁喷头7停止喷射，此时在清洁有压输送管8中产生正水锤效应，使得清洁有压输送管8内的压力突然增大，从而驱动清洁有压输送管8内的强化改性研磨液经过第二单向阀13进入混合管2中，再从混合管2输送至研磨加工喷头1，如图3，大幅提高研磨物料的喷射速度。在关闭一定时间后，将清洁输送开关11转为开启的状态，强化改性研磨液瞬间沿着清洁有压输送管8进入清洁喷头7中，此时在清洁有压输送管8中产生负水锤效应，亦即在清洁有压输送管8的内腔中产生负压；在负压的作用下，驱动研磨加工有压输送管3中的强化改性研磨液经过第一单向阀进入清洁有压输送管8中，如图4，提高清洁喷头7的喷射速度。

按照上述操作，不断切换清洁输送开关11的状态，不仅能够将研磨物料脉冲式地从研磨加工喷头1喷出，还能够提供脉冲式的强化改性研磨液，从而获得更好的强化加工效果和清洁效果。

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 (6)

1.一种带有清洁功能的脉冲式喷头装置，其特征在于，包括研磨加工模块和清洁模块，所述研磨加工模块包括研磨加工喷头、混合管和研磨加工有压输送管，所述研磨加工喷头上设有入料管；所述混合管连通在研磨加工喷头和研磨加工有压输送管之间；所述研磨加工有压输送管上设有研磨加工有压分管；所述混合管上设有混合分管；

所述清洁模块包括清洁喷头和清洁有压输送管，所述清洁喷头与清洁有压输送管连通；所述清洁有压输送管上设有第一清洁有压分管和第二清洁有压分管，沿着输送的方向，所述第二清洁有压分管位于第一清洁有压分管的前方；所述清洁有压输送管上设有清洁输送开关，沿着输送的方向，所述清洁输送开关位于第二清洁有压分管的前方；

所述研磨加工有压分管与第一清洁有压分管之间通过第一单向阀连通；所述混合分管与第二清洁有压分管之间通过第二单向阀连通；所述第一单向阀和第二单向阀的通路方向相反。

2.根据权利要求1所述的带有清洁功能的脉冲式喷头装置，其特征在于，所述混合分管的轴线与混合管的轴线之间的夹角为α，α＝45°。

3.根据权利要求1所述的带有清洁功能的脉冲式喷头装置，其特征在于，所述入料管的轴线与研磨加工喷头的轴线之间的夹角为β，β＝45°。

4.根据权利要求1所述的带有清洁功能的脉冲式喷头装置，其特征在于，所述混合分管的内腔靠近第二单向阀的一端设有第一渐扩段，所述第一渐扩段的渐扩角为θ₃，θ₃＝15°-45°。

5.根据权利要求1所述的带有清洁功能的脉冲式喷头装置，其特征在于，所述混合管的内腔靠近研磨加工喷头的一端设有第二渐扩段，所述第二渐扩段的渐扩角为θ₁，θ₁＝15°-45°。

6.根据权利要求1所述的带有清洁功能的脉冲式喷头装置，其特征在于，所述混合管的内腔靠近研磨加工有压输送管的一端设有渐缩段，所述渐缩段的渐缩角为θ₂，θ₂＝15°-45°。

Images