[發(fā)明專利]基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構(gòu)的裝置及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810014436.4
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108214320A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡焰;戴慶文;黃巍;王曉雷
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B24C3/02
• 分類號: B24C3/02;B24C5/04;B24C7/00;B24C9/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開了一種基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構(gòu)的裝置及方法，裝置包含氣體供給模塊、噴嘴進給模塊、掩膜板、攪拌裝置和裝有磨料的磨料容器加工動平臺。其中磨料是由水、磨料粒子和高分子添加劑按嚴(yán)格比例混合而成的非牛頓流體，加工表面織構(gòu)時，高壓氣體經(jīng)過噴嘴產(chǎn)生負(fù)壓吸入磨料后一起從聚砂口高速噴出形成多相射流，配合掩膜板和動平臺完成加工。本發(fā)明一方面利用高壓氣體驅(qū)動非牛頓流體型磨料高速運動，撞擊工件瞬間固態(tài)化的特性，極大的提高了加工效率，另一方面利用非牛頓流體的粘性懸浮，在減緩磨粒的沉降速度同時，還不會產(chǎn)生包括水霧狀的空氣污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磨料射流加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構(gòu)的裝置。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)和零件的微型化是技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一，具有微溝槽或微凹坑特征的金屬零部件在摩擦學(xué)、傳熱學(xué)和航空航天等領(lǐng)域扮演的角色愈加重要。在摩擦學(xué)方面，摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和規(guī)則排列的幾何形貌（如微小凹坑、微溝槽等），可以有效改善摩擦副表面的摩擦學(xué)特性，如降低摩擦、減小磨損和提高承載能力等特性。在傳熱學(xué)方面， 微溝槽特征結(jié)構(gòu)在能夠降低流體熱傳導(dǎo)和擴散傳質(zhì)阻力，提高傳熱性能。在航空航天領(lǐng)域，航空發(fā)動機渦輪葉片、燃燒室壁、某些流道、喉管等處，均設(shè)計有大量小孔結(jié)構(gòu)。

目前常用的一種微溝槽或微凹坑加工技術(shù)磨料氣射流加工技術(shù)存在嚴(yán)重的粉塵污染；微磨料多相射流加工技術(shù)由傳統(tǒng)的噴砂工藝發(fā)展而來，通過壓縮空氣將微磨粒與水混合的磨料流加速形成多相射流，利用磨料的撞擊和拋磨作用去除材料，具有無熱影響區(qū)、反作用力小、可加工復(fù)雜形狀等特點。然而這種微磨料多相射流，水的存在大大降低了粉塵污染，但射流噴射在工件上反彈的夾帶大量磨料的水霧污染依然難以忽視。而微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)應(yīng)用的材料往往具有高硬度、高脆性和高熔點等特點，使得這種加工方式效率較低，目前主要用于拋光和對較淺織構(gòu)的加工，難以加工深寬比較高的微溝槽或凹坑。現(xiàn)有的這種加工方法常常不能滿足加工效率、加工精度和加工質(zhì)量等多方面的要求。而純水射流中加入磨料顆粒及低溫下的冰粒射流等方法都是使射流中含有固體顆粒或者直接變成固體顆粒來提高磨料射流加工效率的。

據(jù)了解高分子聚合物的濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體，非牛頓流體在受到高速高壓的外力作用下會瞬間固態(tài)化，且具有湍流減阻的作用。基于此，本發(fā)明的目的是在微磨料氣射流加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，在固體磨粒中加入水、高分子聚合物，按比例混合成非牛頓流體磨料，通過高壓氣體驅(qū)動這種非牛頓流體磨料，在高速撞擊工件的瞬間瞬時固態(tài)化，以此來提高加工效率。實驗中發(fā)現(xiàn)一定質(zhì)量占比的這種非牛頓流體能使射流長距離集束，也能提高加工能力，同時這種高分子聚合物的懸浮液有較強的懸浮性和粘性，能大大減緩磨粒的沉降速度，撞擊工件不會產(chǎn)生任何包括水霧狀的污染。是一種加工效率高、加工質(zhì)量高、環(huán)境友好的微溝槽、微凹坑加工技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構(gòu)的裝置。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構(gòu)的裝置，包含氣體供給模塊、噴嘴進給模塊、掩膜板、磨料容器和加工動平臺；

所述氣源供給模塊包含空氣壓縮機、壓力調(diào)節(jié)器和氣體截止閥，所述空氣壓縮機的輸出端通過所述氣體截止閥和所述壓力調(diào)節(jié)器的一端相連；

所述磨料容器用于存儲非牛頓流體磨料；

所述噴嘴進給模塊包含Z軸伺服電機和噴嘴；

所述噴嘴包含氣體入口、液體入口和噴射聚砂口，其中，所述氣體入口和所述壓力調(diào)節(jié)器的另一端通過氣管相連，所述液體入口通過管道連接至所述磨料容器中非牛頓流體磨料；

所述噴嘴用于利用文丘里效應(yīng)產(chǎn)生負(fù)壓從液體入口吸入磨料后將其從噴射聚砂口噴出；