[发明专利]一种用于轴类零件空化射流强化的装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于轴类零件空化射流强化的装置及方法，该装置包括工件加工系统、高压供水系统、低压供水系统、蓄水池和喷嘴装置，所述喷嘴装置为T形结构，喷嘴装置的中心轴线上设有通孔，通孔外侧设有与高压水孔相同的环形流道，喷嘴装置的内壁上设有多个均匀分布的收缩流道层，所述收缩流道层上设有沿圆周均匀分布的收缩流道，收缩流道与通孔和环形流道相通；本发明通过分别给环形流道和通孔供高压水和低压水，使得收缩流道产生空化泡，利用空化泡溃灭时产生局部超高压及高强度冲击波强化轴类零件的表面，相比激光空化强化本发明避免引入外部能量以达到产生空化效果，同时整个装置系统结构简单，有利于长轴类零件的快速强化。

技术领域

本发明涉及轴类零件空化的装置及方法，尤其涉及一种用于轴类零件空化射流强化的装置及方法。

背景技术

空化现象是流体动力学中一种特殊现象，是水力机械领域长期存在的问题。当液体内局部压力降低至饱和蒸汽压甚至负值时，液体内部和固液的交界上会形成一个空穴，通常称这种现象叫空化。随着研究领域的不断拓展和深入，在水泵和水轮机相继发现了由于空化而引起的空蚀的现象，在高坝的泄水建筑物中也出现了空蚀破坏。对于如何合理利用空化现象来为社会生产服务，一直是科研工作者所关注的问题。

轴作为旋转机构上的核心部件，使用范围十分广泛。轴是整个旋转机构中受力最大和最为复杂的部件，轴的稳定性直接决定整个系统的稳定性。然而，由于长期承受扭矩负荷以及轴承的挤压与摩擦，轴类零件最主要的破坏表现为磨损、塑性变形、疲劳断裂，严重时甚至出现直接扭断的情形，严重威胁机组安全。因此，对轴类零件的表面进行强化处理，提高其耐磨性能以及疲劳寿命具有深远的意义。

空化射流强化是一种利用空泡溃灭时产生的高能量密度冲击波对材料进行表面强化处理的方法，该方法通过高压水射流配合特殊结构的喷嘴诱导产生空化空泡，空泡在材料表面发生溃灭并产生微射流和冲击波，使材料表面晶体结构发生变化并产生较大的残余应力。此方法与激光空化强化法相比的优势在于无需引入外部能量来诱导空化的发生，而相对传统喷丸处理方法具有高效、清洁和节能等优点。然而，现有技术中并没有应用空化射流强化来对材料进行表面强化处理的装置。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于轴类零件空化射流强化的装置及方法，通过喷嘴产生空泡，将携带空泡的射流直接作用在轴类零件的表面上进行表面强化，能对轴类金属材料表面进行不同强度的空泡冲击波强化。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种用于轴类零件空化射流强化的装置，包括工件加工系统、高压供水系统、低压供水系统、蓄水池和喷嘴装置；

所述工件加工系统包括驱动装置和加工池，所述驱动装置与二维导轨滑动连接，驱动装置上设有三爪卡盘和三爪卡盘控制手柄，所述三爪卡盘用于夹紧和定位与试件轴；

所述喷嘴装置为T形结构，喷嘴装置的中心轴线上设有通孔，通孔外侧设有环形流道，喷嘴装置的上端设有两侧关于通孔对称的高压水孔，所述高压水孔与环形流道相通；

所述喷嘴装置水平放置，试件轴穿过通孔，通孔与二维导轨保持平行，通孔的两端分别为前喷嘴和后喷嘴，前喷嘴和后喷嘴与试件轴之间均设有口环，喷嘴装置的内壁上设有多个收缩流道层，所述收缩流道层上设有沿圆周均匀分布的多个收缩流道，所述收缩流道的进水口切向夹角α大于出水口切向夹角β，收缩流道与环形流道及通孔相通；

所述加工池位于喷嘴装置的下方，加工池与蓄水池通过管路连接；

所述高压供水系统给高压水孔供水，所述低压供水系统给喷嘴装置上的通孔供水。

优选地，所述高压供水系统包括高压柱塞泵，高压柱塞泵的出水口通过管路分别与高压水孔和蓄水池连接；所述低压供水系统包括离心泵，离心泵通过管路分别与喷嘴装置上的后喷嘴和蓄水池连接。