[發(fā)明專利]一種基于可控空蝕技術(shù)的織構(gòu)加工試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010095962.5
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111300273B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李強(qiáng);王玉君;唐慧婧;張碩;明德智;許偉偉;劉兆增
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(華東)
• 主分類號: B24C1/00
• 分類號: B24C1/00;B24C3/02;B24C5/04;B24C9/00;B05B1/00
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35222
• 代理人: 陳槐萱

本發(fā)明提供了一種基于可控空蝕技術(shù)的織構(gòu)加工試驗裝置，具有無熱變形、無須二次加工、不受加工材料限制且可進(jìn)行非平行接觸副織構(gòu)加工的優(yōu)點，包括數(shù)控精密動平臺、電磁施載機(jī)構(gòu)、儲水罐、反射式激光空化發(fā)生器、旋轉(zhuǎn)式可控徑噴嘴、織構(gòu)加工監(jiān)測及反饋控制系統(tǒng)，介質(zhì)水通過反射式激光空化發(fā)生器后產(chǎn)生大量空化氣泡，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)式可控徑噴嘴將空化氣泡傳遞至加工材料表面，利用空化氣泡的破碎力進(jìn)行織構(gòu)加工，加工過程中破碎力通過織構(gòu)加工監(jiān)測及反饋控制系統(tǒng)實時控制，同時由X?Y方向數(shù)控精密動平臺和Z方向電磁施載機(jī)構(gòu)實現(xiàn)工件給定位置處的織構(gòu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軸承表面加工試驗裝置領(lǐng)域，具體涉及一種基于可控空蝕技術(shù)的織構(gòu)加工試驗裝置。

背景技術(shù)

近年來，表面織構(gòu)技術(shù)受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。該技術(shù)利用物理、化學(xué)或機(jī)械的方法在摩擦接觸副表面加工的具有特定分布的、離散的微幾何特征(如凹坑或凹槽等)，能夠有效降低摩擦副之間的摩擦、減小磨損和提高表面承載力。

作為普遍使用的織構(gòu)加工方法之一，激光表面織構(gòu)技術(shù)利用高能量密度的激光使聚集點處工件表面材料氣化，形成所需織構(gòu)形貌。但激光加工屬于熱作用過程，在高壓蒸汽的作用下，液態(tài)材料被噴出，在工件材料表面上的熔融物遇冷凝固后形成“翻邊”現(xiàn)象。為解決該問題，申請?zhí)枺?0191015234.5的專利通過超聲波技術(shù)及時清除熱處理后的熔融物，改善微織構(gòu)表面質(zhì)量，但是該方法需要后處理工序，增加了制造加工成本，且不能完全消除織構(gòu)兩側(cè)的熔融物凸起。另外，隨著水、空氣等潤滑介質(zhì)的出現(xiàn)，非金屬材料逐漸應(yīng)用于潤滑密封領(lǐng)域，但該類材料對于激光密度過于敏感，同時滑動軸承等非平行接觸副由于內(nèi)部直徑的限制，其表面的織構(gòu)加工還尚未成熟。因此，為了研究織構(gòu)對于接觸副的潤滑改善機(jī)理，有必要設(shè)計一個織構(gòu)加工試驗裝置來解決上述的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有無熱變形、無須二次加工、不受加工材料限制且可進(jìn)行非平行接觸副織構(gòu)加工的試驗裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于可控空蝕技術(shù)的織構(gòu)加工試驗裝置，其特征在于，包括數(shù)控精密動平臺、電磁施載機(jī)構(gòu)、儲水罐、反射式激光空化發(fā)生器、旋轉(zhuǎn)式可控徑噴嘴、織構(gòu)加工監(jiān)測及反饋控制系統(tǒng)，介質(zhì)水通過反射式激光空化發(fā)生器后產(chǎn)生大量空化氣泡，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)式可控徑噴嘴將空化氣泡傳遞至加工材料表面，利用空化氣泡的破碎力進(jìn)行織構(gòu)加工，加工過程中破碎力通過織構(gòu)加工監(jiān)測及反饋控制系統(tǒng)實時控制，同時由X-Y方向數(shù)控精密動平臺和Z方向電磁施載機(jī)構(gòu)實現(xiàn)工件給定位置處的織構(gòu)化。

所述反射式激光空化發(fā)生器由激光發(fā)射器、中空式空化發(fā)生罐以及激光反射鏡組成，激光發(fā)射器安裝在中空式空化發(fā)生罐內(nèi)部，向中空式空化發(fā)生罐外側(cè)發(fā)射激光；中空式空化發(fā)生罐外側(cè)設(shè)置有激光反射鏡，實現(xiàn)一個激光發(fā)射器發(fā)射的激光可以兩次通過液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，以減少激光發(fā)射器數(shù)目。

優(yōu)選的，中空式空化發(fā)生罐材料為有機(jī)透明玻璃，以方便激光作用在液體上產(chǎn)生空化氣泡；

所述的織構(gòu)加工監(jiān)測及反饋控制系統(tǒng)包括空化泡數(shù)密度監(jiān)測、反饋控制系統(tǒng)與空化泡均一性監(jiān)測、反饋控制系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測空化泡數(shù)密度與均一性，產(chǎn)生信號傳送至采集卡系統(tǒng)，采集卡系統(tǒng)將信號傳遞至計算機(jī)系統(tǒng)，計算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生信號傳遞至反饋控制系統(tǒng)。

所述的空化泡數(shù)密度監(jiān)測系統(tǒng)包括流量監(jiān)測系統(tǒng)與空化泡數(shù)目監(jiān)測系統(tǒng)；

所述流量監(jiān)測系統(tǒng)通過流量計對管路流量進(jìn)行監(jiān)測，這些流量計可選用電磁流量計、渦街流量計等；

所述空化泡數(shù)目監(jiān)測系統(tǒng)通過高速攝像機(jī)機(jī)采集圖像，通過基于形態(tài)學(xué)的顆粒圖像二值化算法進(jìn)行氣泡數(shù)目統(tǒng)計；

所述空化泡數(shù)密度反饋控制系統(tǒng)包括兩級控制，由流量控制系統(tǒng)和激光能量控制系統(tǒng)組成，流量控制系統(tǒng)通過調(diào)壓閥實現(xiàn)管路壓力與流量的控制，激光能量控制系統(tǒng)通過控制激光強(qiáng)度，實現(xiàn)不同空化氣泡數(shù)目的控制；