[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明:
[0031] 图1为本发明一种基于高压水射流空化效应来进行工件14加工的方法及装置的示意图,包括依次连接水池1、过滤器2和射流发生系统,射流发生系统与高压淹没系统通过空化喷嘴12布置于高压容器11的一端而产生连接关系;其中射流发生系统包括依次连接高压泵组3、调压阀4、压力表5和空化喷嘴12;高压淹没系统包括在高压容器11上方布置排气阀8、减压阀6和压力表7,下方布置排水阀10;工件夹持装置9位于高压容器11的一端,与空化喷嘴12呈对称布置。
[0032] 图2为单泡空化溃灭进行工件14点剥蚀加工的示意图图,水流在空化喷嘴12内产生空泡15,空泡15随射流运动至工件14表面溃灭,在工件14表面直径10µm区域范围内会产生约5000±200 K的热点进行材料熔融弱化,并产生GPa级高压冲击波垂直作用于工件14表面,产生剥蚀点16,空泡对工件14表面的溃灭频次T=450 500次/s。~
[0033] 图3为群泡空化溃灭进行工件14单点单层剥蚀加工的示意图,水流在空化喷嘴12内产生空泡15,在水射流的有效直径范围内形成空泡群,对工件14表面形成具有一定尺寸的圆形覆盖面,利用群泡的剥蚀点16重叠效应,产生层片状剥蚀域18。
[0034] 图4为掩膜式群泡空化溃灭工件14单点单层剥蚀加工的示意图,相对于图3中无掩膜的群泡空化溃灭进行工件14单点单层剥蚀加工方式,由于掩膜材料的高硬度、高耐热性,能够有效保护工件非加工表面,提高工件的尺寸精度以及圆孔内表面的光洁度。
[0035] 图5、6为通孔掩膜19与工件14贴合示意图,掩膜19与工件14采用压片式贴合,掩膜19、工件14二者贴合面的粗糙度值均取为1.6µm,掩膜19材质为超硬纳米陶瓷,但这并不暗示不可以采用其它高硬度材质。
[0036] 实施例1:本实施例所用工件14材料为硬度HB=200的普通钢,结合附图详细说明空蚀累积厚度H=5mm,直径D1=10mm通孔加工,其包含以下步骤:
[0037] (1)启动高压泵组,空载运行10分钟,各项指标正常;
[0038] (2)控制调压阀,待压力表5缓慢升至150MPa,持续30分钟,显示高压泵组运行正常,系统无明显泄露,压力稳定,满足实施要求;
[0039] (3)高压容器11内注水且水面至空化喷嘴12上边缘高度d1=180mm,并加压使得高压容器11内的压力p1=1.0MPa;
[0040] (4)打开电源开关,水池1中水经连接管输送至过滤器2;
[0041] (5)过滤器2通过连接管向高压泵组3提供洁净水源,并输送至空化喷嘴12射出;
[0042] (6)通过调压阀调节水流压力,经压力表5测定水射流压力p2=80MPa;
[0043] (7)设定工件夹持装置9与空化喷嘴12之间相对距离d2=30×D=2.4mm,其中D=0.8mm为空化喷嘴12出口直径;
[0044] (8)根据所加工的通孔的尺寸,控制工件夹持装置9的位姿轨迹,以通孔所在工件14表面的圆形的圆心为起始点,6min进行一次轨迹变动,呈螺旋状由内而外逐点逐层对工件14进行材料剥蚀;
[0045] (9)每加工完成一个剥蚀层,由工件夹持装置9控制工件14向空化喷嘴12推进0.5mm;
[0046] (10)重复步骤(8)(9),当剥蚀深度达到H时,控制工件夹持装置9的位姿轨迹结束~空化剥蚀,最终累积效应形成所需要通孔的尺寸形状。
[0047] 实施例2:本实施例所用工件14材料为硬度HB=200的普通钢,结合附图详细说明空蚀累积厚度H=5mm,直径D1=10mm通孔加工,其包含以下步骤:
[0048] (1)通孔掩膜19与工件14采用压片方式进行贴合,并固定在工件夹持装置9上;
[0049] (2)启动高压泵组,空载运行10分钟,各项指标正常;
[0050] (3)控制调压阀,待压力表5缓慢升至150MPa,,持续30分钟,显示高压泵组运行正常,系统无明显泄露,压力稳定,满足实施要求;
[0051] (4)高压容器11内注水且水面至空化喷嘴12上边缘高度d1=180mm,并加压使得高压容器11内的压力p1=1.0MPa;
[0052] (5)打开电源开关,水池1中水经连接管输送至过滤器2;
[0053] (6)过滤器2通过连接管向高压泵组3提供洁净水源,并输送至空化喷嘴12射出;
[0054] (7)通过调压阀调节水流压力,经压力表5测定水射流压力p2=150MPa;
[0055] (8)设定工件夹持装置9与空化喷嘴12之间相对距离d2=30×D=2.4mm,其中D=0.8mm为空化喷嘴12出口直径;
[0056] (9)根据所加工的通孔的尺寸,控制工件夹持装置9的位姿轨迹,以通孔所在工件14表面的圆形的圆心为起始点,4min进行一次轨迹变动,呈螺旋状由内而外逐点逐层对工件14进行材料剥蚀;
[0057] (10)加工至该剥蚀层最终成形圈(待剥蚀径向尺寸d4
[0058] (11)加工完成一个剥蚀层,由工件夹持装置9控制工件14向空化喷嘴12推进0.8mm;
[0059] (12)重复步骤(8)(9),当剥蚀深度达到H时,控制工件夹持装置9的位姿轨迹结束~空化剥蚀,最终累积效应形成所需要通孔的尺寸形状。
[0060] 实施例2加工效率相对于实施例1提高40%,尺寸精度提高两个数量级,且加工的圆孔内表面粗糙度值降低1.6µm。