[發明專利]一種用于軸類零件空化射流強化的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710143402.0
• 申請日: 2017-03-11
• 公開（公告）號: CN107058718B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 李偉;楊勇飛;張文全;施衛東;張揚;平元峰
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種用于軸類零件空化射流強化的裝置及方法，該裝置包括工件加工系統、高壓供水系統、低壓供水系統、蓄水池和噴嘴裝置，所述噴嘴裝置為T形結構，噴嘴裝置的中心軸線上設有通孔，通孔外側設有與高壓水孔相同的環形流道，噴嘴裝置的內壁上設有多個均勻分布的收縮流道層，所述收縮流道層上設有沿圓周均勻分布的收縮流道，收縮流道與通孔和環形流道相通；本發明通過分別給環形流道和通孔供高壓水和低壓水，使得收縮流道產生空化泡，利用空化泡潰滅時產生局部超高壓及高強度沖擊波強化軸類零件的表面，相比激光空化強化本發明避免引入外部能量以達到產生空化效果，同時整個裝置系統結構簡單，有利于長軸類零件的快速強化。

技術領域

本發明涉及軸類零件空化的裝置及方法，尤其涉及一種用于軸類零件空化射流強化的裝置及方法。

背景技術

空化現象是流體動力學中一種特殊現象，是水力機械領域長期存在的問題。當液體內局部壓力降低至飽和蒸汽壓甚至負值時，液體內部和固液的交界上會形成一個空穴，通常稱這種現象叫空化。隨著研究領域的不斷拓展和深入，在水泵和水輪機相繼發現了由于空化而引起的空蝕的現象，在高壩的泄水建筑物中也出現了空蝕破壞。對于如何合理利用空化現象來為社會生產服務，一直是科研工作者所關注的問題。

軸作為旋轉機構上的核心部件，使用范圍十分廣泛。軸是整個旋轉機構中受力最大和最為復雜的部件，軸的穩定性直接決定整個系統的穩定性。然而，由于長期承受扭矩負荷以及軸承的擠壓與摩擦，軸類零件最主要的破壞表現為磨損、塑性變形、疲勞斷裂，嚴重時甚至出現直接扭斷的情形，嚴重威脅機組安全。因此，對軸類零件的表面進行強化處理，提高其耐磨性能以及疲勞壽命具有深遠的意義。

空化射流強化是一種利用空泡潰滅時產生的高能量密度沖擊波對材料進行表面強化處理的方法，該方法通過高壓水射流配合特殊結構的噴嘴誘導產生空化空泡，空泡在材料表面發生潰滅并產生微射流和沖擊波，使材料表面晶體結構發生變化并產生較大的殘余應力。此方法與激光空化強化法相比的優勢在于無需引入外部能量來誘導空化的發生，而相對傳統噴丸處理方法具有高效、清潔和節能等優點。然而，現有技術中并沒有應用空化射流強化來對材料進行表面強化處理的裝置。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種用于軸類零件空化射流強化的裝置及方法，通過噴嘴產生空泡，將攜帶空泡的射流直接作用在軸類零件的表面上進行表面強化，能對軸類金屬材料表面進行不同強度的空泡沖擊波強化。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種用于軸類零件空化射流強化的裝置，包括工件加工系統、高壓供水系統、低壓供水系統、蓄水池和噴嘴裝置；

所述工件加工系統包括驅動裝置和加工池，所述驅動裝置與二維導軌滑動連接，驅動裝置上設有三爪卡盤和三爪卡盤控制手柄，所述三爪卡盤用于夾緊和定位與試件軸；

所述噴嘴裝置為T形結構，噴嘴裝置的中心軸線上設有通孔，通孔外側設有環形流道，噴嘴裝置的上端設有兩側關于通孔對稱的高壓水孔，所述高壓水孔與環形流道相通；

所述噴嘴裝置水平放置，試件軸穿過通孔，通孔與二維導軌保持平行，通孔的兩端分別為前噴嘴和后噴嘴，前噴嘴和后噴嘴與試件軸之間均設有口環，噴嘴裝置的內壁上設有多個收縮流道層，所述收縮流道層上設有沿圓周均勻分布的多個收縮流道，所述收縮流道的進水口切向夾角α大于出水口切向夾角β，收縮流道與環形流道及通孔相通；

所述加工池位于噴嘴裝置的下方，加工池與蓄水池通過管路連接；

所述高壓供水系統給高壓水孔供水，所述低壓供水系統給噴嘴裝置上的通孔供水。

優選地，所述高壓供水系統包括高壓柱塞泵，高壓柱塞泵的出水口通過管路分別與高壓水孔和蓄水池連接；所述低壓供水系統包括離心泵，離心泵通過管路分別與噴嘴裝置上的后噴嘴和蓄水池連接。