[發明專利]磨料漿體射流微孔噴嘴內流道加工設備及實時流量檢測和控制方法

有效

• 申請號: 200910052012.8
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101564831A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 劉林生;蔡紅霞;俞濤;徐翀;李明輝;柏余杰
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海煜工機電科技有限公司;中國礦業大學
• 主分類號: B24C3/32
• 分類號: B24C3/32;B24C3/04;B24C7/00;G01F9/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 何文欣

技術領域：

本發明涉及一種磨料漿體射流微孔噴嘴內流道加工設備及實時流量檢測和控制方法。

背景技術：

在工業生產實踐中，流體流過微孔噴嘴的應用是非常廣泛的，比如在內燃機的燃油噴射系統中，利用高壓使燃油由噴油器體的微孔噴嘴噴射來使燃油霧化；在渦輪發動機中，冷卻系統通過微孔噴嘴噴射冷卻氣體來冷卻系統；在高精度的軸承系統中，利用微孔噴嘴噴射潤滑劑來潤滑軸承等等。在諸如此類的應用中，微孔噴嘴流量的控制非常重要，流量誤差的微小差異都會影響產品的整體性能。

在實際應用中，當微孔噴嘴的孔徑不變時其流量越大性能越好，所以需要提高微孔噴嘴的流速系數。通過孔口倒角去除內孔毛刺與附著物提高流速系數以提高其流量。但是微孔噴嘴孔徑極小在1mm以下，利用常規的倒角去毛刺等技術手段很難達到以上目的。例如內燃機噴油系統，噴油系統噴孔流量是內燃機噴射性能的重要技術指標之一，它對內燃機機的動力性、經濟性和排放指標有直接的影響。在噴孔的加工中，為了滿足噴孔流量而增大噴孔孔徑的方法是不可取的，這樣會使油耗增加、排放惡化。所以保證額定流量的前提下應盡量縮小噴孔孔徑，這對內燃機的工作更有利。

另一方面，現實應用中在同一系統中使用多個微孔噴嘴時，要求不同微孔噴嘴有相同流量，如果不同微孔噴嘴的流量誤差對整個系統的性能有巨大影響。例如多缸柴油機，不同缸所用噴油器的噴嘴流量誤差對柴油機工作效率、燃油燃燒率及碳排放量有著重要影響。減小同一系統中不同微孔噴嘴間的流量誤差，可以有效地提高各缸工作的同步性和燃油燃燒效率，減少各缸連桿對柴油機曲軸的沖擊，減小振動，提高整機性能。

目前微孔噴嘴加工中，在對微孔噴嘴進行研磨的同時又可以監測其流量，以便最終提高微孔噴嘴流速系數，控制其流量精度的技術有：

1.電化學方法：該方法在實施時利用液壓缸把液體擠入微孔噴嘴，把微孔噴嘴工件當陽極或者陰極，電解液當作另一極，利用電火花加工孔或者對孔進行電鍍，來改變孔的實時流量，通過測量液壓缸活塞桿在加工時的軸向位移來測量微孔的實時流量，當流量達到預定值時停止加工。具體詳細實施見美國專利4995947。

該方法通過電解可以提高微孔噴嘴的流速系數，通過電鍍可以降低其流速系數，既可以對初始流量比預定值小的孔進行加工而且還可以對初始流量比預定值大的孔進行加工。對于硬度較大的材料和不導電的材料都可以進行加工，而且可以控制孔的形狀。但是由于電化學方法本身固有的缺陷，對孔邊緣的加工量難以一致。在加工中電解液的濃度隨著加工的進行不斷變化，使得加工速度難以控制。通過測量液壓缸活塞桿的位移來換算微孔流量，由于活塞慣性、活塞與缸體間的摩擦、位移傳感器的誤差等因素的存在，流量測量的誤差較大。

2.美國擠壓研磨公司的擠壓研磨技術。成膠體狀的研磨劑在高壓作用下進入微孔后流出，通過表面磨削去除噴孔邊角與毛刺。加工過程中，擠壓研磨介質能隨被加工工件的形狀自然取向，相當于隨加工面變化的流體砂輪，對加工表面進行磨削，加工后不會留下明顯的刀痕，可使加工表面的表面粗糙度得到明顯改善。通過測量液壓缸活塞桿在加工時軸向位移來測量微孔的實時流量，當流量達到預定值時停止加工。詳細介紹見美國專利5054247。

此方法對微孔噴嘴的加工磨削量小，故對噴孔鉆孔精確度要求高；由于活塞的動密封問題容易使研磨劑泄露進入液壓油腔引起故障；通過測量液壓缸活塞桿的位移來換算微孔流量，由于活塞慣性、活塞與缸體間的摩擦、位移傳感器的誤差等因素的影響，流量測量的誤差較大，難以滿足小流量情況下高精度測量的要求。

3.液體擠壓研磨技術。其研磨劑成液態，按照其射流發生方式的不同可以分為兩類：由液壓系統驅動液壓缸來使研磨劑進入微孔噴嘴內流道進行加工的方法，詳細見美國專利6132482與5807163。由漿料泵直接把研磨劑泵入微孔噴嘴內流道進行加工的方法，詳細見美國專利6575815。研磨劑流過微孔內流道時，在孔的邊角部位形成急劇的滑擦作用，可以對孔口倒角、去除毛刺。這兩種方法在加工時，對微孔噴嘴實時流量的檢測，都是利用流量計直接測量進入微孔噴嘴內流道的研磨劑的流量，來測量微孔噴嘴的實時流量。當流量值達到預定值時停止加工。

以上兩種方法，利用流量計直接測量漿料的實時流量雖然可以準確地測量到微孔噴嘴實時流量值，但是如果加工中使用具有很強磨削能力的磨料時，對流量計性能要求非常高，流量計的壽命和精度難以保證。用液壓缸來擠壓研磨劑，由于活塞動密封問題易使研磨劑泄露進入液壓油腔故也不可以通過測量液壓油的流量來測量微孔實時流量。利用漿料泵直接將漿料加入微孔內流道，系統的壓力難以穩定，加工中系統壓力容易波動，測量誤差大。

發明內容：