[发明专利]基于水力空化射流的内表面精加工强化系统

说明书

一种基于水力空化射流的内表面精加工强化系统，包括依次连接的储液箱、水泵、上流压力调节器、工艺腔室和下游压力调节器。储液箱内置加热器，与气泵连接；文丘里管的喉部通过压力泵连接磨料池；工艺腔室上设置有密封端盖，用于工件的放入；工艺腔室内固定设置有卡盘。流体经由文丘里管进入工艺腔室中，与文丘里管喉部进入的磨料流相结合，产生空化气泡，通过空化气泡破灭引起的冲击波对目标表面进行冲击，产生侵蚀研磨，达到对工件内表面的精加工的目地，适应性好，精度高，稳定性好，应用于较难加工的航天工业材料，通过工艺流程得到材料的轮廓表面粗糙度最大降低率为47.5％。可见该工艺处理可得到较高的材料去除率与较高的表面精度。

技术领域

本发明涉及一种基于水力空化射流的用于内表面精加工的强化系统，属于研磨表面精加工技术领域。

背景技术

对工件进行内表面的精密加工是零件传统制造方法中的重要后处理步骤。现使用较为广泛的主流后处理工艺为特种加工以及新型的磨料流加工等。

1.特种加工工艺：泛指用利用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，但通过特种加工方法进行内表面加工的工件具有表面粗糙度不良和热重铸层沉积的问题。

2.磨料流加工：磨料流加工使用负载磨料的粘弹性聚合物作为工作流体，用于除去放电加工工艺产生的重铸层并对机械组件的内表面进行抛光。但使用磨料流加工技术，会导致材料去除率较低，从而导致处理时间增加；调节工况，使材料去除率上升，则会导致无法完成复杂内表面的表面处理；另外由于工作流体通过的流量有限，会导致工件内表面的表面粗糙度不一致。

因此，开发一种新型内表面精加工技术对于克服磨料包埋与表面精加工不一致等问题至关重要。对此，本发明提出了一种利用水力空化射流强化内表面精加工的系统。水力空化是指液体内部空化核的生长与溃灭的过程。当液体局部静压力降至局部饱和蒸气压以下时，由于空化核内部的压力大于外界的压力，空化核开始生长，当其生长到最大直径或遭遇压力恢复时便会溃灭，同时释放出巨大能量。空化气泡溃灭可形成微射流、冲击波、强剪切应力，这些强物理效应不仅可混合磨料，更可赋予磨料更大的动能，从而强化表面的磨削效果。

目前，涉及表面水力空化表面研磨技术的专利主要有《用于流体空化磨蚀表面精加工的方法和装置》(专利号201810984657.4)。

在201810984657.4的发明中提供一种精加工方法，其包括：在促进形成多个空化气泡的压力和流速下朝向工件排放流体流动，和引入磨蚀介质。方法包括利用空化气泡激发磨蚀介质，通过空化气泡与磨蚀介质和工件的表面之间的相互作用从工件移除材料，但与该发明是用于工件外表面的加工，不涉及内表面的加工。

发明内容

针对现有内表面精加工工艺方法所存在的不足，提出一种能够高效完成表面精加工工艺的基于水力空化射流的内表面精加工强化系统。

本发明的基于水力空化射流的内表面精加工强化系统，采用如下技术方案：

该系统，包括依次连接的储液箱、水泵、上流压力调节器、工艺腔室和下游压力调节器，储液箱内置加热器，用于强化空化现象以及磨料流混合效应；储液箱与气泵连接，增加含气量用以强化空化现象产生；工艺腔室内的文丘里管的喉部通过压力泵连接磨料池，输入磨料；工艺腔室上设置有密封端盖(可开启，用于工件的放入)；工艺腔室内固定设置有卡盘。

所述卡盘的端盖与工艺腔室外部的传动装置连接，装夹在卡盘上的工件外端对准文丘里管出口，且二者(工件外端与文丘里管出口)间距为0mm。

所述工艺腔室内充满液体，保证压力需求。

所述卡盘可采用现有的三爪或四爪卡盘，为现有技术。

所述文丘里管的进口管截面半径为1～20mm，喉部截面半径为0.1～2mm，收缩角为30～50°，扩张角为5～20°。