一种轴类零件用空化射流强化装置及使用方法与流程

本发明涉及轴类零件表面强化技术领域，具体为一种轴类零件用空化射流强化装置及使用方法。

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。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，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，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。因此需要对轴类零件的表面进行强化处理，便于提高其耐磨性能以及疲劳寿命，为此，我们提出一种轴类零件用空化射流强化装置及使用方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种轴类零件用空化射流强化装置及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轴类零件用空化射流强化装置，包括底板，所述底板的顶部左侧固定设置有驱动装置，所述驱动装置的顶部固定连接有三爪卡盘，所述三爪卡盘的夹持部夹持有加工件，所述驱动装置的右侧固定设置有回收箱，所述回收箱的顶部固定设置有试验箱，所述加工件的另一端贯穿试验箱的左侧壁后和固定在试验箱内腔右侧壁上的夹持器连接，所述加工件的外壁上套接有喷嘴装置，所述喷嘴装置的顶部中心处固定设置有螺纹筒，所述试验箱的左侧壁顶部固定设置有电机，所述电机的输出端贯穿试验箱的左侧壁后固定连接有丝杠，所述丝杠贯穿螺接于螺纹筒后通过轴承活动连接在试验箱的内腔右侧壁上，所述底板的顶部右侧固定设置有蓄水箱，所述蓄水箱的左侧壁固定连接有离心泵，所述离心泵的顶部固定连接有低压水管，所述低压水管的另一端和试验箱的内腔连通，所述蓄水箱的顶部固定连接有高压柱塞泵，所述高压柱塞泵的顶部固定连接有高压水管，所述高压水管的另一端贯穿试验箱的右侧壁后通过高压软管和喷嘴装置固定连接，所述试验箱的左侧壁固定设置有回流管，所述回流管的另一端和回收箱连接。

优选的，所述夹持器包括开设在试验箱右侧壁上的装配通槽，所述装配通槽内腔嵌套设置有两组对称设置的夹持块，两组所述夹持块的相背离一侧侧壁上通过轴承活动连接有螺杆，两组所述螺杆的另一端分别贯穿试验箱的前后侧壁后固定连接有调节板。

优选的，所述夹持块包括嵌套在装配通槽的内腔中的弧形夹板，所述弧形夹板的外壁上开设有和螺杆连接的轴承相配合的装配槽，所述弧形夹板的内侧壁上固定设置有弧形垫板，所述弧形垫板的内侧壁上粘结有承压胶垫。

优选的，所述喷嘴装置包括固定在螺纹筒底部的外壳体，所述外壳体的内腔中间开设有横向贯通的和加工件相配合的夹持孔，所述外壳体的右侧壁顶部开设有横向的和高压软管配合的高压流道，所述高压流道的内腔底部开设有和夹持孔连通的收缩流道，所述收缩流道的内腔固定设置有锥形导流块，所述外壳体的底部开设有纵向和夹持孔连通的溢水通道。

优选的，所述收缩流道设置为三组结构相同的通孔，且所述收缩流道的孔径小于高压流道的孔径，所述溢水通道为三组和收缩流道相配合的溢水通孔，且所述溢水通道设置在收缩流道的正下方。

优选的，所述锥形导流块的顶部开设有v型槽，且所述锥形导流块的内腔开设有纵向贯通的高压水孔。

优选的，一种轴类零件用空化射流强化装置的使用方法：

s1：首先将加工件的一端固定夹持在三爪卡盘上，然后另一端贯穿喷嘴装置上的夹持孔后外壁上套接有轴承，并装配在夹持器上的装配通槽中，然后通过手动调节调节板，促使螺杆转动，从而带动两组夹持块相向运动，可以促使两组夹持块对轴承夹紧，同时保证加工件的同轴度，可以适应不同直径的加工件，从而可以提高装置对于轴类零件的适应性；

s2：然后通过外接电源启动驱动装置，促使驱动装置带动三爪卡盘转动，从而带动加工件转动；

s3：通过外接电源启动离心泵，促使离心泵将蓄水箱中的水通过低压水管注入到试验箱内腔中，待注入到试验箱中的水淹没喷嘴装置的底部后通过外接电源启动高压柱塞泵，促使高压柱塞泵将蓄水箱中的水通过高压水管注入到喷嘴装置中，并且促使离心泵持续工作，一直保持喷嘴装置的底部淹没在试验箱内腔的水中，到达一定高度（水面高度不超过加工件的底部）后，水会通过回流管流入到回收箱中；

s4：试验箱中的水会通过溢水通道流入到夹持孔中，并和加工件的外壁接触，注入到喷嘴装置上高压流道中的水，由于压力比较大，并且收缩流道的直径小于高压流道，高压流道中的水会顺着收缩流道进入到夹持孔中，从而收缩流道中的高压水流和溢水通道中的低压水流相互作用而产生空化空泡，空化气泡在加工件的表面发生溃灭并产生微射流和冲击波，使加工件的表面晶体结构发生变化并产生较大的残余应力，从而完成对加工件表面的强化；

s5：通过外接电源启动电机，促使电机带动丝杠转动，丝杠可以带动螺纹筒沿着丝杠左右移动，从而可以带动喷嘴装置左右移动，从而能够对加工件的表壁进行强化，保证强化的均匀性，在加工件右半部强化结束后将加工件调头，重新进行表壁强化处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该发明结构设计合理，将加工件的一端固定夹持在三爪卡盘上，然后另一端贯穿喷嘴装置上的夹持孔后外壁上套接有轴承，并装配在夹持器上的装配通槽中，然后通过手动调节调节板，促使螺杆转动，从而带动两组夹持块相向运动，可以促使两组夹持块对轴承夹紧，同时保证加工件的同轴度，可以适应不同直径的加工件，从而可以提高装置对于轴类零件的适应性；

2.该发明试验箱中的水会通过溢水通道流入到夹持孔中，并和加工件的外壁接触，注入到喷嘴装置上高压流道中的水，由于压力比较大，并且收缩流道的直径小于高压流道，高压流道中的水会顺着收缩流道进入到夹持孔中，从而收缩流道中的高压水流和溢水通道中的低压水流相互作用而产生空化空泡，空化气泡在加工件的表面发生溃灭并产生微射流和冲击波，使加工件的表面晶体结构发生变化并产生较大的残余应力，从而完成对加工件表面的强化；

3.该发明中电机带动丝杠转动，丝杠可以带动螺纹筒沿着丝杠左右移动，从而可以带动喷嘴装置左右移动，从而能够对加工件的表壁进行强化，保证强化的均匀性，在加工件右半部强化结束后将加工件调头，重新进行表壁强化处理。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明夹持器结构示意图；

图3为本发明夹持块结构示意图；

图4为本发明喷嘴装置结构示意图。

图中：1底板、2驱动装置、3三爪卡盘、4加工件、5回收箱、6试验箱、7夹持器、71装配通槽、72夹持块、721弧形夹板、722装配槽、723弧形垫板、724承压胶垫、73螺杆、74调节板、8喷嘴装置、81外壳体、82夹持孔、83高压流道、84收缩流道、85锥形导流块、86溢水通道、9电机、10丝杠、11螺纹筒、12蓄水箱、13离心泵、14低压水管、15高压柱塞泵、16高压水管、17回流管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种轴类零件用空化射流强化装置，包括底板1，底板1的顶部左侧固定设置有驱动装置2，驱动装置2的顶部固定连接有三爪卡盘3，三爪卡盘3的夹持部夹持有加工件4，驱动装置2的右侧固定设置有回收箱5，回收箱5的顶部固定设置有试验箱6，加工件4的另一端贯穿试验箱6的左侧壁后和固定在试验箱6内腔右侧壁上的夹持器7连接，加工件4的外壁上套接有喷嘴装置8，喷嘴装置8的顶部中心处固定设置有螺纹筒11，试验箱6的左侧壁顶部固定设置有电机9，电机9的输出端贯穿试验箱6的左侧壁后固定连接有丝杠10，丝杠10贯穿螺接于螺纹筒11后通过轴承活动连接在试验箱6的内腔右侧壁上，底板1的顶部右侧固定设置有蓄水箱12，蓄水箱12的左侧壁固定连接有离心泵13，离心泵13的顶部固定连接有低压水管14，低压水管14的另一端和试验箱6的内腔连通，蓄水箱12的顶部固定连接有高压柱塞泵15，高压柱塞泵15的顶部固定连接有高压水管16，高压水管16的另一端贯穿试验箱6的右侧壁后通过高压软管和喷嘴装置8固定连接，试验箱6的左侧壁固定设置有回流管17，回流管17的另一端和回收箱5连接。

其中，夹持器7包括开设在试验箱6右侧壁上的装配通槽71，装配通槽71内腔嵌套设置有两组对称设置的夹持块72，两组夹持块72的相背离一侧侧壁上通过轴承活动连接有螺杆73，两组螺杆73的另一端分别贯穿试验箱6的前后侧壁后固定连接有调节板74，通过这种设置可以通过手动调节调节板74，促使螺杆73转动，从而带动两组夹持块72相向运动，可以促使两组夹持块72对轴承夹紧，同时保证加工件4的同轴度，可以适应不同直径的加工件，从而可以提高装置对于轴类零件的适应性；

夹持块72包括嵌套在装配通槽71的内腔中的弧形夹板721，弧形夹板721的外壁上开设有和螺杆73连接的轴承相配合的装配槽722，弧形夹板721的内侧壁上固定设置有弧形垫板723，弧形垫板723的内侧壁上粘结有承压胶垫724，通过这种设置可以通过弧形垫板723对加工件4进行夹持，并且通过承压胶垫724减小磨损；

喷嘴装置8包括固定在螺纹筒11底部的外壳体81，外壳体81的内腔中间开设有横向贯通的和加工件4相配合的夹持孔82，外壳体81的右侧壁顶部开设有横向的和高压软管配合的高压流道83，高压流道83的内腔底部开设有和夹持孔82连通的收缩流道84，收缩流道84的内腔固定设置有锥形导流块85，外壳体81的底部开设有纵向和夹持孔82连通的溢水通道86，通过这种设置可以注入到喷嘴装置8上高压流道83中的水，由于压力比较大，并且收缩流道84的直径小于高压流道83，高压流道83中的水会顺着收缩流道84进入到夹持孔82中，从而收缩流道84中的高压水流和溢水通道86中的低压水流相互作用而产生空化空泡，空化气泡在加工件4的表面发生溃灭并产生微射流和冲击波，使加工件4的表面晶体结构发生变化并产生较大的残余应力；

收缩流道84设置为三组结构相同的通孔，且收缩流道84的孔径小于高压流道83的孔径，溢水通道86为三组和收缩流道84相配合的溢水通孔，且溢水通道86设置在收缩流道84的正下方，通过这种设置能够增加收缩流道84中的高压水和溢水通道86中的低压水作用而产生的空化效果，便于对加工件4进行表面强化；

锥形导流块85的顶部开设有v型槽，且锥形导流块85的内腔开设有纵向贯通的高压水孔，通过这种设置可以增加收缩流道84中的高压水的流体压力。

一种轴类零件用空化射流强化装置的使用方法：

s1：首先将加工件4的一端固定夹持在三爪卡盘3上，然后另一端贯穿喷嘴装置8上的夹持孔82后外壁上套接有轴承，并装配在夹持器7上的装配通槽71中，然后通过手动调节调节板74，促使螺杆73转动，从而带动两组夹持块72相向运动，可以促使两组夹持块72对轴承夹紧，同时保证加工件4的同轴度，可以适应不同直径的加工件，从而可以提高装置对于轴类零件的适应性；

s2：然后通过外接电源启动驱动装置2，促使驱动装置2带动三爪卡盘3转动，从而带动加工件4转动；

s3：通过外接电源启动离心泵13，促使离心泵13将蓄水箱12中的水通过低压水管14注入到试验箱6内腔中，待注入到试验箱6中的水淹没喷嘴装置8的底部后通过外接电源启动高压柱塞泵15，促使高压柱塞泵15将蓄水箱12中的水通过高压水管16注入到喷嘴装置8中，并且促使离心泵13持续工作，一直保持喷嘴装置8的底部淹没在试验箱6内腔的水中，到达一定高度（水面高度不超过加工件4的底部）后，水会通过回流管17流入到回收箱5中；

s4：试验箱6中的水会通过溢水通道86流入到夹持孔82中，并和加工件4的外壁接触，注入到喷嘴装置8上高压流道83中的水，由于压力比较大，并且收缩流道84的直径小于高压流道83，高压流道83中的水会顺着收缩流道84进入到夹持孔82中，从而收缩流道84中的高压水流和溢水通道86中的低压水流相互作用而产生空化空泡，空化气泡在加工件4的表面发生溃灭并产生微射流和冲击波，使加工件4的表面晶体结构发生变化并产生较大的残余应力，从而完成对加工件4表面的强化；

s5：通过外接电源启动电机9，促使电机9带动丝杠10转动，丝杠10可以带动螺纹筒11沿着丝杠10左右移动，从而可以带动喷嘴装置8左右移动，从而能够对加工件4的表壁进行强化，保证强化的均匀性，在加工件4右半部强化结束后将加工件4调头，重新进行表壁强化处理。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。