[发明专利]喷丸加工用喷嘴以及具备该喷嘴的喷丸加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过将喷丸介质向被加工物喷射来进行喷丸加工的喷嘴以及具备该喷嘴的喷丸加工装置。

背景技术

以前，喷丸加工被使用在去飞边、除锈、表面粗糙度的调整、薄膜层除去、以及蚀刻等微细加工等中。喷丸加工被大致区分为：干式的喷丸加工，该干式的喷丸加工利用压缩空气、旋转叶片的离心力而向被加工物喷射(投射)硬丸、硬粒、钢丝切丸、以及陶瓷类粒子、植物类粒子、以及树脂类粒子等各种粒子(以下，记作“磨粒”)作为喷丸介质；以及湿式的喷丸加工，该湿式的喷丸加工将磨粒分散于水等液体的淤浆(slurry)作为喷丸介质而与压缩空气一起向被加工物进行喷射。在本说明书中，称作“磨粒”时意味着在干式的喷丸加工中所使用的硬丸、硬粒、钢丝切丸、以及陶瓷类粒子、植物类粒子、树脂类粒子等各种粒子、以及在湿式的喷丸加工中所使用的在淤浆中分散于液体的硬丸、硬粒、钢丝切丸、以及陶瓷类粒子、植物类粒子、树脂类粒子等各种粒子这两者，仅指在干式的喷丸加工中所使用的磨粒的情况称作“喷射材料”。另外，称作“喷丸介质”时包含在干式的喷丸加工中所使用的“喷射材料”、与在湿式的喷丸加工中所使用的“淤浆”两者。干式的喷丸加工与湿式的喷丸加工相比虽具有较大的加工能力，但在加工后的被加工物的表面牢固地附着有磨粒、由喷丸加工产生的切削粉，因此需要例如使用超声波的水洗。另一方面，湿式的喷丸加工与干式的喷丸加工相比虽然加工能力低，但由于与被加工物碰撞的磨粒因淤浆而流动，因此在被加工物附着的磨粒较少或附着力较弱而容易清洗。

作为用于进行湿式的喷丸加工的喷嘴，例如在日本特开平06-126628号公报公开有该喷嘴的结构。在该公报中，喷嘴具备淤浆存积室和供压缩空气流动的管体，该淤浆存积室与供压缩空气流动的管体由小孔而连通。淤浆由泵而压送至所述淤浆存积室。另一方面，当在所述管体流入压缩空气时，在所述淤浆存积室侧的所述小孔附近产生负压，由此产生从所述淤浆存积室向所述管体的气流。由此，向所述淤浆存积室的内部压送的淤浆，向所述管体内流入并与压缩空气混合，之后与压缩空气一起向喷嘴外部喷射。日本特开2001-300363号公报也相同地，利用在设置于混合室附近的小孔附近产生的负压来对淤浆与压缩空气进行混合。

决定喷丸加工的效率的因素为淤浆的喷射量、喷射速度、淤浆的浓度，磨粒的粒子径等。为了提高喷丸加工的效率，减小淤浆的流动阻力并增大淤浆的投入量，即喷射量，或使用大径的磨粒，因此需要增大所述小孔。但是，当增大所述小孔的直径时，用于将淤浆吸引到压缩空气的流动中的负压不会充分地产生。进而当过度地增大直径时，压缩空气自所述小孔向淤浆存积室侧流入。另外，在增大淤浆的浓度的情况下，担心所述小孔被淤浆闭止。另外，为了提高喷射速度而需要增大压缩空气的压力，由于需要更强力的压缩空气供给源，因此牵涉到设备费用的增大、压缩空气供给源的运转能量的增大。

自古以来知晓干式的加工具有：将磨粒、硬丸作为喷射材料与高压气体一起进行喷射的喷丸加工以及喷丸强化加工、将金属粉末或金属化合物粉末作为喷射材料与高压气体一起进行喷射而在被加工物的表面形成基于该粉末的皮膜的皮膜形成加工。用于进行此类加工的喷嘴公知有：利用高压气体等对装填有喷射材料的压力容器进行加压而将该喷射材料送于高压气流而与该高压气体一起作为固气二相流进行喷射的加压式(例如，参照日本特开平02-160514号公报的附图)；以及利用由导入到喷嘴的高压气流产生的吸引力对喷射材料进行吸引而与该高压气体一起作为固气二相流进行喷射的吸引式(例如，参照日本特开平08-267360号公报的图7)。

加压式的喷嘴由于能够以高速对喷射材料进行喷射，因此在喷丸加工中加工能力强，能够在喷丸强化中将压缩残留应力施加至更深的位置，并且能够在皮膜形成中形成紧贴强度以及硬度高的皮膜。然而，由于喷射材料的喷射量以及喷射时间被加压槽的容积限制，因此不能连续地进行喷射。吸引式的喷嘴由于对处于大气下的喷射材料进行吸引，因此对喷射材料进行存积的容器不需要密封。由此，能够对喷射材料连续地进行喷射。但是，由于在对喷射材料进行吸引时因吸引周围的空气而产生压力损失，因此与加压式相比喷射材料的喷射速度慢。虽考虑到为了提高喷射速度而增大压缩空气的压力，来弥补高压气体的所述压力损失的量，以加快喷射材料的喷射速度，但由于需要更强力的压缩空气供给源，因此牵涉到设备费用的增大、压缩空气供给源的运转能量的增大。

另外，为了提高前述方式的加工的效率而增大喷射材料的喷射量、增大喷射材料的直径，则需要加大喷射材料的吸引路径。但是，当扩大该路径时，喷嘴内部产生的吸引力变弱而不能对喷射材料进行吸引。