适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其包括喷射组件、供料组件以及偏转组件；喷射组件包括同轴布置并依次连接的高压进水接头、混料腔体、水喷嘴和聚焦管；供料组件与喷射组件位于同一平面；偏转组件与喷射组件同轴连接，偏转组件设置有偏转喷嘴，偏转喷嘴内部设置有偏转流道；偏转流道的偏转角度为90

【技术实现步骤摘要】
适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置


[0001]本专利技术涉及微细磨料水射流抛光
，具体涉及一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，制造业朝着微细化、精密化、智能化不断发展。因此衍生出来对于材料表面质量要求越来越高。磨料水射流抛光技术凭借其抛光表面质量好、加工柔性高、不产生热损伤与热影响、绿色环保等特点逐渐占据一席之地，在型腔结构件的表面质量提高方面具有很大的优势。为了使磨料水射流能够更好适用在逐渐复杂的加工环境下，往往需要不同类型、不同结构的磨料水射流喷头装置。普通喷头装置受限于型腔中的可运动空间范围，无法对长径比较大、内腔曲率变化大，内腔面复杂的型腔结构件进行表面处理。
[0003]目前磨料水射流抛光技术使用喷头装置大多为后混合方式，并且聚焦管采用直管结构。该种结构存在一下缺点：1、对于内腔曲率变化大的型腔件，喷头需要执行机构末端主动偏转一定角度，所需要的运动空间较大。2、使用直管结构，射流喷出横截面积小，抛光效率不高。3、后混合式喷头磨损主要集中在聚焦管管壁与出口处，聚焦管更换成本高。因此，针对磨料水射流抛光技术当中存在的效率低、成本高、所需运动空间大等问题，需要提供一种能够适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，该喷射装置能够适用于较小流道直径、大长径比、内腔面曲率变化大的复杂异性内腔结构。通过更换偏转喷嘴，可以实现不同角度、不同直径射流的喷出，达到减小所需工作空间，提高磨料水射流抛光效率和质量并且降低磨粒对喷头装置内部流道管壁磨损的效果。
[0005]具体地，本专利技术提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其包括喷射组件、供料组件以及偏转组件；
[0006]所述喷射组件包括同轴布置并依次连接的高压进水接头、混料腔体、水喷嘴和聚焦管，所述高压进水接头与所述混料腔体第一端连接并在连接处采用O型密封圈密封，所述混料腔体第二端与所述聚焦管连接，所述混料腔体侧面设置有磨料入口；
[0007]所述供料组件与喷射组件位于同一平面，所述供料组件包括磨料输送管，所述磨料输送管与所述磨料入口连接并在磨料入口连接处利用O型密封圈密封；
[0008]所述偏转组件与喷射组件同轴连接，所述偏转组件设置有偏转喷嘴，所述偏转组件与聚焦管末端连接，所述偏转喷嘴的喷嘴出口处内部设置有偏转流道；所述偏转流道的偏转角度为90
°
～180
°
；
[0009]所述偏转流道的喷射流道采用阵列式结构，其中阵列的组成元素为孔或半圆矩形槽，多个孔组成的阵列为圆周阵列或矩形阵列；所述半圆矩形槽包括第一半圆矩形槽以及
第二半圆矩形槽，多条半圆矩形槽组成的阵列为均等阵列或梯度阵列；
[0010]所述偏转角度通过下述方法进行确定：
[0011]S1、计算喷嘴出口截面喷射速度：喷嘴喷出前的高压水的压力势能与水射流喷出的动力势能相等，表示为：
[0012][0013]式中，等号左侧表示喷嘴喷出前的压力势能，其中，g表示重力加速度，P表示高压水的压力，v1表示喷出前的流速，h1表示射流出入位置高度，ρ1表示喷出前的水流密度；等号右侧表示水射流喷出的动力势能，其中，P0表示常压，v2表示水射流喷出速度，h2表示射流喷出位置高度，ρ0表示射流喷出的水流密度；在高压条件下有P＞＞P0，v2＞＞v1，h1≈h2；引入与水压相关的射流阻力系数μ
f
，喷嘴出口截面喷射速度V
j
的计算公式为：
[0014][0015]S2、确定不同喷嘴出口截面上单个流道的出口流量：其计算公式如下：
[0016]当阵列的组成元素为孔时计算公式为：Q1＝(D1/2)2·
π
·
V
j1
＝S1·
V
j1
；
[0017]当阵列的组成元素为狭缝时计算公式为：Q2＝[(D2/2)2·
π+lD]·
V
j2
＝S2·
V
j2
；
[0018]S3、根据步骤S2计算的喷嘴单个流道的出口流量，确定喷嘴流道截面出口总流量Q
总
，具体计算公式如下：
[0019]当阵列的组成元素为孔时计算公式为：Q
总
＝N
·
Q1[0020]当阵列的组成元素为半圆矩形槽时计算公式为：Q
总
＝N
·
Q2[0021]其中，V
j1
、V
j2
分别表示阵列孔类型喷嘴出口截面喷射速度、阵列半圆矩形槽类型喷嘴出口截面喷射速度；Q1、Q2、Q
总
分别表示阵列孔类型喷嘴单个截面流道的出口流量、阵列半圆矩形槽类型喷嘴单个截面流道的出口流量、喷嘴流道截面出口总流量；D1、D2分别表示孔流道直径、半圆矩形槽流道圆弧直径；S1、S2分别表示孔流道出口截面面积、半圆矩形槽流道出口截面面积；l表示半圆矩形槽流道截面圆心距；N表示流道数量流。并且道数量通过数值模拟确定；
[0022]S4、构建喷射出口磨损模型，以磨损量E最低为目标确定偏转角度，喷射出口磨损模型如下式所示：
[0023][0024]其中，E为磨损量，S为流道总横截面积；α为偏转角度；Q
总
为喷嘴流道截面出口总流量。
[0025]优选地，所述偏转流道的截面为圆形、矩形、正方形或多边形。
[0026]优选地，所述偏转喷嘴基于六角棱柱体加工，射流出口即偏转流道出口在六角棱柱体任意一面上均匀分布或在不同棱柱面上均匀分布。
[0027]优选地，所述高压进水接头与所述混料腔体一端采用内螺纹连接；所述混料腔体另一端与所述聚焦管采用外螺纹螺纹连接。
[0028]优选地，所述偏转组件与聚焦管末端之间采用内螺纹连接，两者在运动过程中相
对静止。
[0029]优选地，所述孔的直径为0.2mm，所述第一半圆矩形槽的半圆直径为0.15*0.6mm，所述第二半圆矩形槽的半圆直径为0.2*0.6mm。
[0030]优选地，多条半圆矩形槽组成的均等阵列包括多条第一半圆矩形槽或多条第二半圆矩形槽，多条半圆矩形槽组成的梯度阵列包括一条以上第一半圆矩形槽以及一条以上第二半圆矩形槽。
[0031]优选地，所述孔的数量为3孔、5孔、6孔或9孔。
[0032]优选地，所述第一半圆矩形槽和第二半圆矩形槽的总数量为2条、3条、5条或7条。
[0033]优选地，流道截面面积S与偏转角度α之间的关系还能够表示为：
[0034][0035]其中，C为常数；
[0036]f(α)表示磨料粒子冲击角函数：
[0037]f(α)＝[(sinα)
0.8
(1+1.8(1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：其包括喷射组件、供料组件以及偏转组件；所述喷射组件包括同轴布置并依次连接的高压进水接头、混料腔体、水喷嘴和聚焦管，所述高压进水接头与所述混料腔体的第一端连接并在连接处采用O型密封圈密封，所述混料腔体的第二端与所述聚焦管连接，所述混料腔体侧面设置有磨料入口；所述供料组件与喷射组件位于同一平面，所述供料组件包括磨料输送管，所述磨料输送管与所述磨料入口连接并在磨料入口连接处利用O型密封圈密封；所述偏转组件与喷射组件同轴连接，所述偏转组件设置有偏转喷嘴，所述偏转组件与聚焦管末端连接，所述偏转喷嘴的喷嘴出口处内部设置有偏转流道；所述偏转流道的偏转角度为90
°
～180
°
；所述偏转流道的喷射流道在截面上采用阵列式结构，其中阵列的组成元素为孔或半圆矩形槽，多个孔组成的阵列为圆周阵列或矩形阵列；所述半圆矩形槽包括第一半圆矩形槽以及第二半圆矩形槽，多条半圆矩形槽组成的阵列为均等阵列或梯度阵列；所述偏转角度通过下述方法进行确定：S1、计算喷嘴出口截面喷射速度：喷嘴喷出前的高压水的压力势能与水射流喷出的动力势能相等，表示为：式中，等号左侧表示喷嘴喷出前的压力势能，其中，g表示重力加速度，P表示高压水的压力，v1表示喷出前的流速，h1表示射流出入位置高度，ρ1表示喷出前的水流密度；等号右侧表示水射流喷出的动力势能，其中，P0表示常压，v2表示水射流喷出速度，h2表示射流喷出位置高度，ρ0表示射流喷出的水流密度；在高压条件下有P＞＞P0，v2＞＞v1，h1≈h2；引入与水压相关的射流阻力系数μ
f
，喷嘴出口截面喷射速度V
j
的计算公式为：S2、确定不同喷嘴出口截面上单个流道的出口流量：其计算公式如下：当阵列的组成元素为孔时计算公式为：Q1＝(D1/2)2·
π
·
V
j1
＝S1·
V
j1
；当阵列的组成元素为狭缝时计算公式为：Q2＝[(D2/2)2·
π+lD]
·
V
j2
＝S2·
V
j2
；S3、根据步骤S2计算的喷嘴单个流道的出口流量，确定喷嘴流道截面出口总流量Q
总
，具体计算公式如下：当阵列的组成元素为孔时计算公式为：Q
总
＝N
·
Q1当阵列的组成元素为半圆矩形槽时计算公式为：Q
总
＝N
·
Q2其中，V
j1
、V
j2

【专利技术属性】
技术研发人员：黄传真，李懿鹏，王真，徐龙华，黄水泉，曲美娜，许征凯，张迪嘉，刘含莲，刘盾，姚鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：