微细磨料水射流脉冲式磁性磨料供给装置及其控制方法

摘要

本发明属于特种加工技术，特别是一种应用于精密磁性磨料水射流加工设备中的微细磨料水射流脉冲式磁性磨料供给装置。是由料仓、气源、调压阀、截止阀、脉冲发射器以及电磁控制回路、供气管和供料管组成；调压阀的进气口通过管路与气源连接，调压阀的出气口通过管路与截止阀的进气口连接，料仓的出口通过管路与节流阀连接，脉冲发射装置控制节流阀，稳压阀的出口通过管路与电磁控制回路相连接。本发明通过脉冲发射器提供间歇式供料，与电磁控制回路相配合，从而有效的解决供料中断现象和自动化供料问题，提高了加工精度。

说明书

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，特别是一种应用于精密磁性磨料水射流加工设备中的脉冲式磁性磨料精密供给系统。

背景技术

随着科技的不断发展，特别是航空航天、精密仪器、国防等行业的发展，对某些关键零件的加工精度和表面质量提出了新的要求，磨料水射流加工技术由于其具有加工作用力小、对材料热变形小等优点，特别适合加工各种热敏、压敏、复合、超硬材料等，特别是对硬脆材料如硬质合金、金属、硅酸盐玻璃、陶瓷、大理石、纤维复合材料等的加工优势明显，在实际工程中的应用日趋普遍。近年来，磨料水射流加工技术已经由单一的切削模式向向抛光、精密钻孔等多种加工模式方向迈进。

磨料水射流加工系统主要由系统增压部分，磨料供给装置、喷射系统、运动控制部分及收集过滤系统等组成。按照磨料与水的混合方式，在磨料水射流加工技术分为前混合与后混合两种方式。前混合方式是将磨料和水混合，再通过增压系统对其增压，然后经由喷嘴喷出，这种供料方式容易造成射流管路和喷嘴的急剧磨损。后混合供料方式是通过增压系统对纯水增压，经由水喷嘴射出，然后在混合管中与磨料混合，经由混合管喷出，后混合供料方式对射流喷嘴磨损较小，因而得到广泛应用。但是目前，后混合磨料水射流加工系统所用的供料装置通常采用低压气源连接磨料料仓进行气力输送，经由高压阀控开、闭式控制磨料进入，磨料输送量不均匀、容易造成堵塞，并且磨料流量无法精确控制，影响加工效果。

由上可知，在磨料水射流加工系统中使用的输送供料系统存在如下缺点：

1）磨料容易在料仓落料口起拱，引起供料中断；

2）磨料在供料管中容易产生积料，造成管道堵塞；

3）磨料的供料量不均，而且供料量不易调节。

以上缺点造成了供料系统在使用中供料不稳定，而且不易实现精密供料量的控制，从而影响了磨料水射流加工质量和加工效率。

由此可见，设计一种能够精确、稳定的磨料输送装置成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明提供的是微细磨料水射流脉冲式磁性磨料供给装置及其控制方法，能够实现磨料水射流加工过程中微细磁性磨料的精确稳定供给。

为解决上述问题，本发明的技术方案是：设计一种微细磨料水射流脉冲式磁性磨料供给装置，本发明目的是克服现有供料系统在使用中供料不稳定、可控性差等缺点，将电磁技术和脉冲式供料技术相结合，合理地设计相关结构和工艺参数，优化控制磨料的供料管中分布状态，由电磁力、气体压力及磨料重力等驱动磨料流动，提高供料系统的可靠性和可控性，为微细磨料水射流加工系统提供一种稳定、精密的微量供料装置，促进磨料水射流加工技术在微细加工和超精密加工中的应用与发展。

本发明的基本构思是由气源、调压阀、供气管、供料管、料仓和脉冲发射器、电磁控制电路等组成微细磨料水射流脉冲式磁性磨料供给装置；其中调压阀的进气口通过管路与气源相连接，调压阀的出气口通过管道与截止阀相连接，料仓与流量阀相连接，脉冲发射器同时控制流量阀，稳压阀与供料管连接，电磁控制电路位于供料管外侧，且在喷嘴之前放置，供料管与喷嘴连接，且其轴线与喷嘴轴线成60度夹角。本发明在实际应用中能取得如下有益的效果：

1、在供料系统工作时，脉冲发生装置发出脉冲信号，通过调节振幅、频率来控制磨料输送量，使磨料供给成脉冲式分布状态，以便控制供料管中的磨料流量，防止磨料在供料管中的积存过多，消除了供料管堵塞的现象；

2、该装置安装于磁场辅助微细磨料水射流加工装置中，选用的磨料为微细磁性磨料，除了气源驱动磨料流动外，电磁控制电路产生的稳定电磁场，作为另一动力源驱动磨料的流动，通过线圈电流控制磁场强度，进而控制作用在磁性磨料上的磁场力，来控制磨料流速，从而解决因动力不足而造成的供料中断现象；

3、供料管和喷嘴轴线呈60度夹角促使管道内的磨料在自身重力作用下向前输送，进一步提高了磨料的输送效率和精确性；

4、通过调节气压大小、脉冲频率和电磁铁的电流大小，可以实时控制供料管中的磨料的用量。

从而提高了精密微细磨料水射流加工系统的加工质量，有利于精密微细磨料水射流加工工艺的推广应用。

附图说明

图1为本发明微细磨料水射流脉冲式精密磁性磨料供给装置的结构示意图；

图2为本发明料仓的结构示意图；

图3为本发明电磁控制回路的结构示意图。

图标记：

1、料仓1-1、料仓进料口1-2、观察窗1-3、料仓储料室1-4、孔板1-5、筛网1-6、料仓进气口1-7、料仓出料口2、供料管3、流量阀4、脉冲发射器5、供气管6、稳压阀7、电磁控制回路7-1、可移动线圈7-2、铁芯7-3、电位器7-4、交流电源7-5、开关8、截止阀9、调压阀10、气源11、喷嘴。

具体实施方式

结合附图详细叙述本发明的实施过程，如图1所示：

微细磨料水射流脉冲式精密磁性磨料供给装置主要由料仓1、供料管2、流量阀3、脉冲发射器4、供气管5、稳压阀6、电磁控制回路7、截止阀8、调压阀9、气源10等组成。调压阀9的进气口通过管路与气源10连接，调压阀9的出气口通过管路与截止阀8连接，料仓1通过管路与流量阀3连接，流量阀3与脉冲发射器连接，稳压阀6通过管路与电磁控制回路7连接。应用时，供料管出口连接微细水射流的喷射装置。

料仓1由料仓进料口1-1、观察窗1-2、料仓储料室1-3、孔板1-4、筛网1-5、料仓进气口1-6、料仓出料口1-7组成。料仓储料室1-3上方设置料仓进料口1-1，料仓储料室2-5下方安装孔板1-4，观察窗1-2及筛网1-5，筛网1-5下方设置料仓进气口1-6和料仓出料口1-7，料仓出料口1-7通过供料管2与流量阀4连接送出磨料。

电磁控制回路7由可移动线圈7-1、铁芯7-2、电位器7-3、交流电源7-4、开关7-5组成。可移动线圈7-1可以在铁芯7-2上左右移动，改变移动速度，吸引磁性磨料向前移动，通过采用交流电源7-4，调节电位器7-3来改变电磁控制回路中的电流强度，从而控制磨料向喷射装置的输送量。

具体的运行过程为由气源10提供连续输送气流，经调压阀9调压后，获得稳定的气流经过截止阀8与磨料混合，料仓1中的磨料通过料仓进料口1-1进入料仓储料室1-4，筛网1-3和孔板1-4能够防止漏料，并对磨料进行筛选，使其微细磨料进入供料管2，气体通过料仓进气口1-6进入料仓，气体带动磨料并不断混合，通过料仓出料口1-7进入供料管2。脉冲发射器5发出的脉冲由流量阀3接收，控制磨料的输送量，脉冲发射器5为间歇性发射。供料系统的工作分为两个阶段。一是供气阶段，当气源10中的气流经过调压阀9调压后，会通过供气管5进入供料管2中；二是供料阶段，为防止管道中的磨料被气流带回料仓以及磨料在供料管2中积存堵塞，当流量阀3接收到脉冲打开，截止阀8关闭，磨料沿供料管2靠自身重力和气体压力向下掉落，流量阀3再次接收到脉冲信号关闭，截止阀8打开，磨料在气体的作用下经过稳压阀6送至电磁控制回路7，开关7-5闭合，可移动线圈7-1得电产生电磁力，调节电位器7-3改变可移动线圈7-1中电流强度，控制电磁力的强度，随着可移动线圈7-1由左向右移动，将磨料送入喷嘴11。通过改变电磁控制回路7中的电流强度改变电磁力的强度，进一步控制磨料的输送量。

本发明应用于水喷嘴直径0.2mm，混合管直径0.5mm的磨料水射流加工系统时，气源提供0.8MPa连续性输送气流，采用80目的磁性磨料，对硬脆材料进行的精密抛光试验可以得到表面粗糙度为Ra0.20微米的表面。