基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，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格比例混合而成的非牛頓流體，加工表面織構時，高壓氣體經過噴嘴產生負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。本實用新型專利技術一方面利用高壓氣體驅動非牛頓流體型磨料高速運動，撞擊工件瞬間固態化的特性，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，還不會產生包括水霧狀的空氣污染。

Device for processing surface texture based on non Newtonian fluid abrasive gas jet

The utility model discloses a device for processing surface texture by abrasive gas jet based on non-Newtonian fluid, which comprises a gas supply module, a nozzle feed module, a mask plate, a stirring device and an abrasive container processing moving platform equipped with abrasives. Abrasives are non-Newtonian fluids which are made up of water, abrasive particles and polymer additives in strict proportion. When processing surface texture, high-pressure gas is sucked into Abrasives through nozzles and spurted at high speed from the sand-accumulating mouth to form a multi-phase jet, which cooperates with masks and moving platforms to complete the processing. On the one hand, the high-pressure gas is used to drive the non-Newtonian fluid abrasive to move at high speed, which impinges on the instantaneous solidification of the workpiece, thus greatly improving the processing efficiency. On the other hand, the viscous suspension of non-Newtonian fluid is used to slow down the settling speed of the abrasive particles without producing air pollution including water mist.

【技術實現步驟摘要】
基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置
本技術涉及磨料射流加工
，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的裝置。
技術介紹
結構和零件的微型化是
的發展趨勢之一，具有微溝槽或微凹坑特征的金屬零部件在摩擦學、傳熱學和航空航天等領域扮演的角色愈加重要。在摩擦學方面，摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和規則排列的幾何形貌（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。在傳熱學方面，微溝槽特征結構在能夠降低流體熱傳導和擴散傳質阻力，提高傳熱性能。在航空航天領域，航空發動機渦輪葉片、燃燒室壁、某些流道、喉管等處，均設計有大量小孔結構。目前常用的一種微溝槽或微凹坑加工技術磨料氣射流加工技術存在嚴重的粉塵污染；微磨料多相射流加工技術由傳統的噴砂工藝發展而來，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、反作用力小、可加工復雜形狀等特點。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。而微結構加工技術應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的加工，難以加工深寬比較高的微溝槽或凹坑。現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化，且具有湍流減阻的作用。基于此，本技術的目的是在微磨料氣射流加工技術的基礎上，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，通過高壓氣體驅動這種非牛頓流體磨料，在高速撞擊工件的瞬間瞬時固態化，以此來提高加工效率。實驗中發現一定質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，撞擊工件不會產生任何包括水霧狀的污染。是一種加工效率高、加工質量高、環境友好的微溝槽、微凹坑加工技術。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是針對
技術介紹
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的裝置。本技術為解決上述技術問題采用以下技術方案：基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，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、壓力調節器和氣體截止閥，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節器的一端相連；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節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產生負壓從液體入口吸入磨料后將其從噴射聚砂口噴出；所述Z軸伺服電機用于控制所述噴嘴上下移動、調節所述噴嘴的噴射口與待加工工件的靶距；所述掩膜板固定設置在待加工工件之上；所述加工動平臺用于控制固定在其上的待加工工件相對于噴嘴前后左右移動和旋轉運動。作為本技術基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置進一步的優化方案，所述加工動平臺設置在所述磨料容器的上方，使得使用過的非牛頓流體磨料回流至磨料容器中、循環使用。作為本技術基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置進一步的優化方案，還包含用于攪拌磨料容器中非牛頓流體磨料的攪拌裝置。作為本技術基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置進一步的優化方案，所述掩膜板通過蠟泥與工件表面貼合，防止磨粒進入掩膜板與工件的夾縫造成的腐蝕。本技術還公開了一種該基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置的織構方法，包括以下步驟：步驟1），掩膜制作：選擇金屬或無機薄板作為掩膜材料，通過激光加工技術或者電解加工技術在掩膜材料上加工出需要的織構圖案；步驟2），掩膜板與待加工工件的固定：將待加工工件表面打磨、拋光并超聲清洗，將制備的掩膜通過蠟泥與待加工表面緊密貼合，通過三爪卡盤或專用夾具將掩膜和工件一起固定在加工動平臺上；步驟3），磨料溶液配制：選定磨料類型和粒徑，確定水、磨粒和高分子添加劑的質量配比，將高分子添加劑充分溶于水，加入選定的磨粒，配制所需磨料溶液，并通過攪拌機持續低強度攪拌混合均勻；步驟4），參數設定：根據所需加工效果設定噴射壓強和噴射距離，同時結合加工范圍設定加工動平臺的運動軌跡、噴嘴進給速度和進給量；步驟5），加工和清洗：倒入配好的磨料，打開攪拌器，插入噴嘴進液管于攪拌區附近，打開氣體截止閥，同時啟動加工動平臺進行進給，完成后對加工完畢的工件進行超聲清洗。步驟1）中所述掩膜材料的厚度范圍為500um-700um。步驟3）中所述磨料的類型為綠碳化硅、立方氮化硼或人造金剛石，粒徑的范圍為5um-20um。步驟3）中所述磨料的質量占比為5-10%，高分子添加劑采用聚丙烯酰胺、質量占比為0.2-0.5%。，步驟4）中噴射壓強的范圍為0.2MPa-0.8MPa，噴射靶距的范圍為1mm-15mm，綠碳化硅對應最優靶距9mm，人造金剛石對應最優靶距12mm。步驟5）中加工動平臺進給時采用S型進給，進給速度范圍為0.1mm-0.5mm/s，進給量范圍為50um-250um。本技術采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：1.結構簡單，操作便利，利用文丘里原理吸入磨料，可以在較低的氣壓下對磨料流進行加速，連續供給磨料，不存在流量脈動。2.在配制磨料溶液時添加高分子聚合物，其水解產物有粘性，磨料撞擊掩膜板及工件不會產生水霧狀空氣污染，大大改善工作環境。3.磨料吸入后，經噴嘴噴出落入攪拌容器中，形成內循環，提高磨料的重復利用率。4.分散劑高分子聚合物的加入，具有使射流匯聚、瞬間固態化和使磨粒懸浮的三重特性，提高了加工效率，輔助機械攪拌使磨粒不易沉降，磨粒分布均勻。附圖說明圖1是本技術裝置的結構示意圖。圖中，1-空氣壓縮機，2-氣體截止閥，3-壓力調節器，4-噴嘴，5-掩膜板，6-工件，7-磨料容器，8-攪拌器。具體實施方式下面結合附圖對本技術的技術方案做進一步的詳細說明：本技術可以以許多不同的形式實現，而不應當認為限于這里所述的實施例。相反，提供這些實施例以便使本公開透徹且完整，并且將向本領域技術人員充分表達本技術的范圍。在附圖中，為了清楚起見放大了組件。如圖1所示，本技術公開了一種基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，包含氣體供給模塊、噴嘴進給模塊、掩膜板、攪拌裝置、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、壓力調節器和氣體截止閥，其中，所述空氣壓縮機、氣體截止閥和壓力調節器依次相連；所述氣體截止閥的兩端分別和所述空氣壓縮機、壓力調節器的一端相連；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Y軸伺服電機和噴嘴；所述噴嘴包含氣體入口、液體入口和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，其特征在于，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；所述氣體供給模塊包含空氣壓縮機、壓力調節器和氣體截止閥，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節器的一端相連；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節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產生負壓從液體入口吸入磨料后將其從噴射聚砂口噴出；所述Z軸伺服電機用于控制所述噴嘴上下移動、調節所述噴嘴的噴射口與待加工工件的靶距；所述掩膜板固定設置在待加工工件之上；所述加工動平臺用于控制固定在其上的待加工工件相對于噴嘴前后左右移動和旋轉運動。

【技術特征摘要】
1.基于非牛頓流體的磨料氣射流加工表面織構的裝置，其特征在于，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；所述氣體供給模塊包含空氣壓縮機、壓力調節器和氣體截止閥，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節器的一端相連；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節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產生負壓從液體入口吸入磨料后將其從噴射聚砂口噴出；所述Z軸伺服電機用于控制所述噴嘴上下移動、調節所述噴...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡焰，戴慶文，黃巍，王曉雷，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：新型
國別省市：江蘇,32