一种超声波辅助流体空化研磨设备制造技术

本发明专利技术公开了一种超声波辅助流体空化研磨设备。本设备主要将部件安装于流动回路中，回路中的泵驱使流体通过部件的内部通道；空化诱导器安装在喷嘴上，使得流经的流体产生气泡；气泡在部件的内部通道内爆产生高能微射流，对通道表面进行抛光处理；同时，超声波发生器在部件外移动，可选择性地增强部件内部通道中流体的空化强度，防止抛光不均匀；流体中的研磨介质利用磨粒的磨损机制可以进一步对通道表面进行加工。本设备使得部件表面光洁度得到极大的改善，研磨介质运动速度的增加加强了对部件表面的冲击压力使得研磨介质对表面质量的改善作用大大加强，气泡数量的增多，增强了空化强度，使得对通道表面的处理效果得到极大加强。大加强。大加强。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波辅助流体空化研磨设备


[0001]本专利技术涉及了金属部件表面抛光领域的一种抛光设备，具体涉及了一种超声波辅助流体空化研磨设备。

技术介绍

[0002]3D增材制造已经成为制造业一项重要的制造方式，广泛用于航空航天和汽车工业，用于制造具有复杂形状的部件。然而增材制造所制造的金属部件表面光洁度一般都不高，尤其对于部件的内部通道，需要进一步的处理以降低表面粗糙度。
[0003]对于部件内部通道表面的处理，传统的机械加工存在难以接近的问题，因为一般部件的内部通道孔径都比较小，所以针对这种问题，提出了新的抛光方法，如AFM(磨料流加工)、化学加工、电化学加工等，然而这些加工方法又存在磨料在通道弯折处或者孔径较小处产生聚集现象以至于堵塞通道，又或者存在加工后质量损失过多以至于产生尺寸改变过大现象，影响部件安装与功能。针对这些问题，有学者提出了HCAF(流体空化研磨加工)的新抛光方法，这种方法具有通道表面可及性高、加工效果好、不会存在磨料聚集等优点，但是又出现了新的问题，如加工后表面粗糙度不均等。
[0004]针对此种现状，有必要研究一种新的表面处理设备，融合已有设备的优点，并解决上述已存在问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种超声波辅助流体空化研磨设备，以解决
技术介绍
中存在的现今表面处理技术加工缓慢、磨料聚集、加工不均、尺寸完整性受损等问题。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]包括支架、控制器、超声波辅助系统、上游阀、下游阀、空化强度监测器、空化室、蓄能器、可变流量泵和流体源；可变流量泵的出口依次经蓄能器、上游阀、空化室、空化强度监测器、下游阀和流体源后与可变流量泵的入口连通，形成闭合回路；
[0008]所述超声波辅助系统设置在空化室的侧方位置，所述超声波辅助系统、上游阀、下游阀、空化强度监测器、蓄能器和可变流量泵均与控制器进行电连接。
[0009]所述空化室包括喷嘴和部件夹紧结构；所述空化室内部通过部件夹紧结构连接有液压元件，所述空化室的出口端设置有空化室出口，所述空化室出口与液压元件内部通道的出口端之间通过下流过渡腔连通，所述空化室的另一端设置有喷嘴。
[0010]所述喷嘴包括内部管道、研磨介质和空化诱导器；
[0011]喷嘴内部管道在入口侧设有分支管道，分支管道入口作为磨料流进口，分支管道出口连接到喷嘴内部管道；
[0012]喷嘴的内部管道将喷嘴分割成外部通道和内部通道，所述研磨介质经磨料流进口进入外部通道并流过外部通道，所述内部通道中流有液态流体；
[0013]喷嘴内部管道在出口侧的内壁设有空化诱导器，且空化诱导器与内部通道进行螺
纹连接，喷嘴的喷嘴出口正对着空化室中液压元件内部通道的入口端放置，所述喷嘴出口与液压元件内部通道的进口端之间通过入口过渡腔连通。
[0014]所述研磨介质存在于流体中气泡与气泡之间或者气泡的气泡膜上。
[0015]所述超声波辅助系统包括超声波发生器、夹持器、超声波换能器和超声波探头；
[0016]所述夹持器的夹片连接到超声波换能器，所述超声波换能器连接超声波探头，所述超声波探头的探头朝向液压元件且垂直于液压元件中流体流动的方向；所述超声波换能器通过与超声波发生器电连接进而连接到控制器，超声波辅助系统与流体回路相互独立。
[0017]所述超声波辅助系统通过夹持器安装在空化室侧方设置的底座上，所述超声波换能器和超声波探头之间加装超声波放大器。
[0018]所述流体源为液体罐，上端开口经下游阀与空化室连通；所述流体源的底部管道上安装有排出阀，所述流体源的流体内部安装有液位传感器。
[0019]所述上游阀、下游阀为压力调节阀，受控制器控制；所述可变流量泵为柱塞泵或者蠕动泵，可变流量泵进行单向输送流体。
[0020]所述空化强度监测器为声学传感器、声发射传感器或者PVDF传感器。
[0021]所述研磨介质为带有硬质锐边的微小颗粒，其材料是碳化硅或者三氧化二铝；研磨介质的大小和研磨介质的浓度均是根据所需表面光洁度进行选择。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]部件安装在空化室中，回路中的流体经过喷嘴中的空化诱导器产生气泡，气泡跟随流体进入部件内部通道后随着压力升高或者与通道不规则表面碰撞而导致气泡内爆，气泡内爆产生的高能微射流会对表面产生侵蚀作用，以至于清除表面的松散颗粒结构或部分熔化结构，使得表面光洁度得到极大的改善；
[0024]流体中可含有研磨介质，研磨介质通过喷嘴进入部件内部通道，混合于内含气泡的流体，在内部通道中对通道表面产生冲击，使不规则结构发生变形，并且由于气泡内爆产生的高能微射流，研磨介质的运动速度也得以加快，对表面的冲击压力也得以加强，使得研磨介质对表面质量的改善作用大大加强，另外，由于研磨介质不规则的形状，能够成为流体中气泡的成核位点，使得流体中的气泡数量增多，空化强度增强，两者的协同作用使得对通道表面的处理效果得到极大加强；
[0025]超声波辅助系统安装在流体回路外，超声波探头沿着部件移动，发出超声波，超声波穿透部件外壁，进入内部通道，使得内部通道中的流体产生气泡，增强局部区域流体的空化强度，对于长通道或者非线性通道的加工不均起到很好的改善作用。
[0026]本专利技术在尺寸完整性、均匀性、加工效果和效率等方面均比传统表面处理设备有了较大革新和改进，应用前景十分广阔。
附图说明
[0027]图1为超声波辅助流体空化研磨设备一种实施例示意图；
[0028]图2为空化室一种实施例示意图；
[0029]图3为流体源一种实施例示意图；
[0030]图4为空化室另一种实施例示意图；
[0031]图5为空化诱导器一种实施例示意图。
[0032]图中所示：1、控制器，2、超声波辅助系统，21、超声波发生器，22、夹持器，23、超声波换能器，24、超声波探头，3、上游阀，4、下游阀，5、空化强度监测器，6、空化室，61、部件夹紧结构，62、气泡，63、空化室出口，64、部件，7、蓄能器，8、可变流量泵，9、流体源，91、液位传感器，93、排出阀，10、喷嘴，101、内部通道，102、研磨介质，103、空化诱导器，104、外部通道，105、喷嘴出口，106、磨料流进口。
具体实施方式
[0033]本领域专业的人员应该清楚，本实施例只是为更好地解释和说明本专利技术的使用方法，并不能用来限制本专利技术。
[0034]如图1所示，本专利技术包括支架、控制器1、超声波辅助系统2、上游阀3、下游阀4、空化强度监测器5、空化室6、蓄能器7、可变流量泵8和流体源9；可变流量泵8的出口依次经蓄能器7、上游阀3、空化室6、空化强度监测器5、下游阀4和流体源9后与可变流量泵8的入口连通，形成闭合回路；其中，空化强度监测器5为声学传感器、声发射传感器或者PVDF传感器；可变流量泵8为柱塞泵或者蠕动泵，可进行单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波辅助流体空化研磨设备，其特征在于：包括支架、控制器(1)、超声波辅助系统(2)、上游阀(3)、下游阀(4)、空化强度监测器(5)、空化室(6)、蓄能器(7)、可变流量泵(8)和流体源(9)；可变流量泵(8)的出口依次经蓄能器(7)、上游阀(3)、空化室(6)、空化强度监测器(5)、下游阀(4)、流体源(9)后与可变流量泵(8)的入口连通，形成闭合回路；所述超声波辅助系统(2)设置在空化室(6)的侧方位置，所述超声波辅助系统(2)、上游阀(3)、下游阀(4)、空化强度监测器(5)、蓄能器(7)和可变流量泵(8)均与控制器(1)进行电连接。2.根据权利要求1所述的一种超声波辅助流体空化研磨设备，其特征在于：所述空化室(6)包括喷嘴(10)和部件夹紧结构(61)；所述空化室(6)内部通过部件夹紧结构(61)连接有液压元件(64)，所述空化室(6)的出口端设置有空化室出口(63)，所述空化室出口(63)与液压元件(64)内部通道的出口端之间通过下流过渡腔连通，所述空化室(6)的另一端设置有喷嘴(10)。3.根据权利要求2所述的一种超声波辅助流体空化研磨设备，其特征在于：所述喷嘴(10)包括内部管道、研磨介质(102)和空化诱导器(103)；喷嘴(10)内部管道在入口侧设有分支管道，分支管道入口作为磨料流进口(106)，分支管道出口连接到喷嘴(10)内部管道；喷嘴(10)的内部管道将喷嘴分割成外部通道(104)和内部通道，所述研磨介质(102)经磨料流进口(106)进入外部通道(104)并流过外部通道(104)，所述内部通道中流有液态流体；喷嘴(10)内部管道在出口侧的内壁设有空化诱导器(103)，且空化诱导器(103)与内部通道进行螺纹连接，喷嘴(10)的喷嘴出口(105)正对着空化室(6)中液压元件(64)内部通道的入口端放置，所述喷嘴出口(105)与液压元件(64)内部通道的进口端之间通过入口过渡腔连通。4.根据权利要求3所述的一种超...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹俊，何锡威，林方烨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：