[发明专利]一种超声增强的磨料水射流加工装置

说明书

一、技术领域

本发明涉及特种加工技术，尤其是一种应用于磨料水射流加工系统的超声增强的磨料水射流加工装置。

二、发明背景

磨料水射流加工是产生于20世纪80年代的一项新型特种能束加工技术，由于其具有加工作用力小、对材料热影响小、可加工材料范围广等优点，近30年来得到了快速发展，在实际工程中的应用日益广泛。近年来，磨料水射流加工技术已经由最初的切割等粗加工向表面抛光、微刻蚀、微孔加工等高效、精密、微细加工方向发展。

磨料水射流加工系统主要由系统增压部分，供料部分、喷射系统、运动控制部分及收集过滤系统等组成。其中系统增压部分主要功能是为磨料水射流加工提供较高的能量。将水增压后与供料装置提供的磨料进行混合，形成磨料水射流。然后通过喷射系统将射流的压力能转化为磨料和水的动能后冲击工件，主要依靠磨料的冲蚀达到去除材料的目的。由于材料的去除需要消耗大量的能量，所以需要增压系统的功率也比较大。同时由于系统压力的增强，使射流传输元件也要承受较高的压力，因为需要具有很高的强度和耐磨损能力。磨料水射流从喷嘴喷射到工件表面上，由于水射流流动的连续性，会在工件表面形成较厚的水垫，这种水垫的存在降低了射流束加工工件的效率。特别是在精密加工过程中会影响射流束的加工能力，进而会影响加工精度。

目前，在高效、精密、微细磨料水射流加工系统存在如下缺点：

1）系统压力比较大，因为需要水泵电机功率大；

2）由于水垫的存在使得加工效率较低，加工精度不高；

3）较高的系统压力对水的传送元件和控制元件提出很高的要求，从而影响到高效、精密微细磨料水射流加工系统的加工成本。

三、发明内容

本发明的目的是克服现有磨料水射流加工系统的增压系统消耗功率大，加工中存在水垫等缺陷，提供一种超声增强的磨料水射流加工装置。

本发明安装在磨料水射流加工系统，其基本构思是由变幅杆喷嘴、换能器、脉冲电源、下安装盘、螺栓、上安装盘、磨料水射流管路接口、振动隔离机构构成，换能器安装在变幅杆喷嘴上，变幅杆喷嘴固定在下安装盘上，上安装盘与下安装盘有对应匹配的连接孔，用螺栓将下安装盘与上连接盘安装在一起，上安装盘与振动隔离机构相连接，并通过振动隔离机构安装在磨料水射流加工系统的运动控制部分。振动隔离机构由安装基板、减震弹簧、弹簧芯轴构成，用弹簧芯轴将减震弹簧安装在安装基板上，弹簧芯轴的末端与上安装盘相连接；弹簧芯轴是一端带有凸台，另一端带有螺纹的连接件；减震弹簧为板簧或螺旋弹簧。

工作原理：通过脉冲电源提供脉冲电信号，换能器将脉冲电信号转化为机械运动，通过变幅杆喷嘴将振动位移放大，将超声能量集中在超声变幅杆喷嘴内的流体，流体在超声振动能量和压力能的双重作用下流出喷嘴，振动能量将对连续射流产生扰动而形成脉冲射流，脉冲射流加工时，由于射流束的不连续性，在射流间歇时间内工件表面上前一段的水能在后一段的水冲击之前流出，从而消除了水垫，减少了水垫对射流束的能量消耗，充分利用了射流束的能量，提高了磨料水射流的加工效率。而且，可以通过调节脉冲振动频率和振幅控制脉冲射流的流动形态，实现了脉冲射流流动状态的主动控制，以便提高磨料水射流加工效率和加工精度。

本发明在实际应用中能取得如下有益的效果：

1、将超声振动能量施加在水射流中后，将原来的连续射流转化为脉冲射流，从而消除了水垫对加工过程的影响。

2、因为振动能量的可以通过调节脉冲电源等来调节输出功率和振动参数，从而使射流的脉动效果变得可控，也就使加工过程变得可控。

3、通过超声能量和磨料水射流的压力能量的叠加，增强了射流的加工能力，提高了工件材料的去除效率，从而使磨料水射流加工变得更加高效。有利于精密微细磨料水射流加工工艺的推广应用。

四、附图说明

图1为本发明的结构示意图的主视图；

图2为本发明的结构示意图的俯视图；

图3为本发明的结构示意图的侧视图视图。

附图标记;

1-1、变幅杆喷嘴  1-2 换能器  1-3、脉冲电源  1-4、下安装盘  1-5、螺栓  1-6、上安装盘  1-7、磨料水射流管路接口  2-1、安装基板  2-1-1、连接孔  2-2、减震弹簧  2-3、弹簧芯轴  2-4、螺帽

五、具体实施方式