[发明专利]磨料浆体射流微孔喷嘴内流道加工设备及实时流量检测和控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种磨料浆体射流微孔喷嘴内流道加工设备及实时流量检测和控制方法。

背景技术：

在工业生产实践中，流体流过微孔喷嘴的应用是非常广泛的，比如在内燃机的燃油喷射系统中，利用高压使燃油由喷油器体的微孔喷嘴喷射来使燃油雾化；在涡轮发动机中，冷却系统通过微孔喷嘴喷射冷却气体来冷却系统；在高精度的轴承系统中，利用微孔喷嘴喷射润滑剂来润滑轴承等等。在诸如此类的应用中，微孔喷嘴流量的控制非常重要，流量误差的微小差异都会影响产品的整体性能。

在实际应用中，当微孔喷嘴的孔径不变时其流量越大性能越好，所以需要提高微孔喷嘴的流速系数。通过孔口倒角去除内孔毛刺与附着物提高流速系数以提高其流量。但是微孔喷嘴孔径极小在1mm以下，利用常规的倒角去毛刺等技术手段很难达到以上目的。例如内燃机喷油系统，喷油系统喷孔流量是内燃机喷射性能的重要技术指标之一，它对内燃机机的动力性、经济性和排放指标有直接的影响。在喷孔的加工中，为了满足喷孔流量而增大喷孔孔径的方法是不可取的，这样会使油耗增加、排放恶化。所以保证额定流量的前提下应尽量缩小喷孔孔径，这对内燃机的工作更有利。

另一方面，现实应用中在同一系统中使用多个微孔喷嘴时，要求不同微孔喷嘴有相同流量，如果不同微孔喷嘴的流量误差对整个系统的性能有巨大影响。例如多缸柴油机，不同缸所用喷油器的喷嘴流量误差对柴油机工作效率、燃油燃烧率及碳排放量有着重要影响。减小同一系统中不同微孔喷嘴间的流量误差，可以有效地提高各缸工作的同步性和燃油燃烧效率，减少各缸连杆对柴油机曲轴的冲击，减小振动，提高整机性能。

目前微孔喷嘴加工中，在对微孔喷嘴进行研磨的同时又可以监测其流量，以便最终提高微孔喷嘴流速系数，控制其流量精度的技术有：

1.电化学方法：该方法在实施时利用液压缸把液体挤入微孔喷嘴，把微孔喷嘴工件当阳极或者阴极，电解液当作另一极，利用电火花加工孔或者对孔进行电镀，来改变孔的实时流量，通过测量液压缸活塞杆在加工时的轴向位移来测量微孔的实时流量，当流量达到预定值时停止加工。具体详细实施见美国专利4995947。

该方法通过电解可以提高微孔喷嘴的流速系数，通过电镀可以降低其流速系数，既可以对初始流量比预定值小的孔进行加工而且还可以对初始流量比预定值大的孔进行加工。对于硬度较大的材料和不导电的材料都可以进行加工，而且可以控制孔的形状。但是由于电化学方法本身固有的缺陷，对孔边缘的加工量难以一致。在加工中电解液的浓度随着加工的进行不断变化，使得加工速度难以控制。通过测量液压缸活塞杆的位移来换算微孔流量，由于活塞惯性、活塞与缸体间的摩擦、位移传感器的误差等因素的存在，流量测量的误差较大。

2.美国挤压研磨公司的挤压研磨技术。成胶体状的研磨剂在高压作用下进入微孔后流出，通过表面磨削去除喷孔边角与毛刺。加工过程中，挤压研磨介质能随被加工工件的形状自然取向，相当于随加工面变化的流体砂轮，对加工表面进行磨削，加工后不会留下明显的刀痕，可使加工表面的表面粗糙度得到明显改善。通过测量液压缸活塞杆在加工时轴向位移来测量微孔的实时流量，当流量达到预定值时停止加工。详细介绍见美国专利5054247。

此方法对微孔喷嘴的加工磨削量小，故对喷孔钻孔精确度要求高；由于活塞的动密封问题容易使研磨剂泄露进入液压油腔引起故障；通过测量液压缸活塞杆的位移来换算微孔流量，由于活塞惯性、活塞与缸体间的摩擦、位移传感器的误差等因素的影响，流量测量的误差较大，难以满足小流量情况下高精度测量的要求。

3.液体挤压研磨技术。其研磨剂成液态，按照其射流发生方式的不同可以分为两类：由液压系统驱动液压缸来使研磨剂进入微孔喷嘴内流道进行加工的方法，详细见美国专利6132482与5807163。由浆料泵直接把研磨剂泵入微孔喷嘴内流道进行加工的方法，详细见美国专利6575815。研磨剂流过微孔内流道时，在孔的边角部位形成急剧的滑擦作用，可以对孔口倒角、去除毛刺。这两种方法在加工时，对微孔喷嘴实时流量的检测，都是利用流量计直接测量进入微孔喷嘴内流道的研磨剂的流量，来测量微孔喷嘴的实时流量。当流量值达到预定值时停止加工。

以上两种方法，利用流量计直接测量浆料的实时流量虽然可以准确地测量到微孔喷嘴实时流量值，但是如果加工中使用具有很强磨削能力的磨料时，对流量计性能要求非常高，流量计的寿命和精度难以保证。用液压缸来挤压研磨剂，由于活塞动密封问题易使研磨剂泄露进入液压油腔故也不可以通过测量液压油的流量来测量微孔实时流量。利用浆料泵直接将浆料加入微孔内流道，系统的压力难以稳定，加工中系统压力容易波动，测量误差大。

发明内容：