[发明专利]激光诱导空化辅助液体射流抛光设备及射流抛光用喷嘴

说明书

本发明提供一种射流抛光用喷嘴，包括喷嘴主体、混合腔、压力水入口、磨料液体入口和喷口，混合腔向喷口方向逐渐收口，混合腔内设置光纤支架，光纤支架上固定光纤束，光纤束末端在喷口的收口部位散开，散开的光纤束端口均匀分布形成光纤阵列。还提供一种激光诱导空化辅助液体射流抛光设备，包括压力水系统、磨料液供给回收系统、激光系统和喷射系统，喷射系统包括的射流抛光用喷嘴，压力系统接入喷嘴的压力水入口提供射流压力，磨料液供给回收系统接入磨料液体入口提供磨料液，激光系统包括连接光纤束的脉冲激光器。本发明基于传统的液体射流抛光技术引入激光空化技术，两者结合达到促进加工效率的目的，且可以解决现有的空化效应强度不便调节的问题。

技术领域

本发明涉及液体射流抛光领域，具体的说，涉及了一种激光诱导空化辅助液体射流抛光设备和射流抛光用喷嘴。

背景技术

目前，已在生产中投入大量应用的传统液体射流抛光技术是利用混有磨料的液体流束对工件表面进行抛光。由于液体流束直径较小，且液体对工件形状具有较好的适应性，因此尤其适合对复杂形状零件和微小零件进行加工。但是，传统液体射流抛光技术效率普遍不高。为了提高液体射流抛光效率，空化效应被引入到液体射流抛光加工过程中。利用空化效应中空泡溃灭时瞬间释放的能量使液体射流抛光所依赖的物理或化学过程得到强化，从而提高加工效率。

目前使用空化辅助液体射流抛光的技术主要有：利用水力空化效应的纳米胶体液流动压空化射流抛光，利用负压空化的基于负压空化效应的液体射流抛光方法，利用超声空化的超声空化辅助液体射流抛光等。归纳起来，这些方法的空化效应诱导方式主要是水力空化和超声空化两种。水力空化借助射流参数的改变来调节空化效应强度，但射流参数同时影响加工工艺，不可任意调节；超声空化中每套超声振动系统对应单一参数的超声输入信号，偏离了这一信号便无法引起空化。因此，目前常见的两种方式均不能在加工时对空化效应强度进行方便的控制。

无法对空化效应强度进行有效控制会产生很多问题，如在抛光加工中容易发生工件表面被剧烈的空化破坏的现象，或是强度过小的空化效应未能对加工效率起到促进作用。因此若要在液体射流加工中有效利用空化效应，还需寻找一种便于空化效应调控的诱发方式。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种空化强度可调节、加工效率更高、适应性更广的一种激光诱导空化辅助液体射流抛光设备，以及一种结构设计合理、实现激光空化功能的射流抛光用喷嘴。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种射流抛光用喷嘴，包括喷嘴主体、混合腔、压力水入口、磨料液体入口和喷口，所述混合腔向喷口方向逐渐收口，混合腔内设置光纤支架，所述光纤支架上固定光纤束，所述光纤束末端在喷口的收口部位散开，散开的光纤束端口均匀分布形成光纤阵列。

基上所述，所述光纤束排布成圆周阵列，圆周阵列的中心处设置中心光纤，中心光纤的轴线与喷口中流道的轴线重合。

基上所述，所述圆周阵列包括至少一圈光纤。

基上所述，相邻光纤之间的排列间距为3r-3.5r，最内圈各光纤与中心光纤的间距为3r-3.5r，最外圈各光纤与喷嘴主体内侧壁的间距为2r-2.5r，r为脉冲激光所产生的一次空泡半径。

基上所述，所述光纤束排布成矩阵阵列、菱形阵列、三角形阵列和椭圆阵列中的一种。

一种激光诱导空化辅助液体射流抛光设备，包括压力水系统、磨料液供给回收系统、激光系统和喷射系统，所述喷射系统包括所述的射流抛光用喷嘴，所述压力水系统接入喷嘴的压力水入口提供射流压力，所述磨料液供给回收系统接入磨料液体入口提供磨料液，所述激光系统包括连接光纤束的脉冲激光器。

基上所述，所述脉冲激光器的脉冲频率大于20Hz，单脉冲能量大于50mJ。

基上所述，所述脉冲激光器的脉冲频率与射流速度的关系为：f=1000v/4r，v为光纤端部的流体速度。