多出口可控温磨料射流冷却装置的制作方法

本发明涉及一种低温磨料射流加工领域，尤其是一种射流出口温度可调节的冷却装置，具体地说是一种多出口可控温磨料射流冷却装置。

背景技术：

近年来，出现了一种新颖的微细加工技术，即用干燥的压缩空气来加速微小磨粒形成磨料射流，将射流喷射到工件表面对工件进行加工，称之为磨料射流加工技术。磨料射流加工技术成本较低，加工时可以得到很高的材料去除率，且材料去除率可控。磨料射流加工技术可用于加工玻璃、陶瓷和有色金属等。

陶瓷材料由于其自身的局限性，在某些场合并不适用。如陶瓷材料缺乏光学透明性，以及其有限的生物相容性因而在生物医学中的应用受限。基于此，人们开始用聚合物材料来替代陶瓷材料。但聚合物大多数为疏水材料，采用常规的磨料射流以及水射流技术进行加工时，材料去除率较低。经研究发现在低温下，对聚合物进行磨料射流加工，材料去除率较高。

目前国外采用两种实验装置进行低温磨料射流加工，其中一种装置为磨料射流流经液氮罐实现冷却的目的，此装置所占空间过大，操作繁琐，且射流温度不可控。另一种装置为液氮射流和磨料射流以一定的入射角进行对射，形成含有液氮的磨料射流，此装置对磨料射流冷却效果较差，且液氮和磨料射流难以实现充分混合，同时由于两射流对射，易导致磨料射流偏离原轨迹。考虑到上述两种装置的缺点，有必要设计一种多出口可控温磨料射流冷却装置，对磨料射流进行冷却，射流出口温度范围在－80℃～－190℃。

技术实现要素：

本发明的目的是针对常规磨料射流加工过程中所存在的聚合物材料去除率低等问题，设计一种专门用于聚合物材料射流加工的多出口可控温磨料射流冷却装置。

本发明的技术方案是：

一种多出口可控温磨料射流冷却装置，其特征在于：它包括冷却箱和多出口蛇形管；所述的冷却箱主要包括冷却箱体1、箱体盖板2和进液管3，冷却箱体1和箱体盖板2形成一个能开闭的液氮存储腔，该液氮存储腔通过与其相连通的进液管3与液氮源相连，液氮源能连续或间断地为液氮存储腔供应液氮以保证液氮存府腔内的温度处于设定范围内；所述的多出口蛇形管浸没在所述的液氮存储腔的液氮中，它的射流入口5伸出箱体外与磨料供应管相连通，多出口蛇形管位于液氮存储腔中的部分连接有多个射流出口管6，射流出口管6的出口端伸出冷却箱体1外以便对被加工件进行射流加工，且离射流入口5越远的射流出口管6流出的磨料的温度越低。

所述的箱体盖板2上设有用于观察冷却箱体内部情况的观察口4。

所述的多个射流出口管6能单独、部分或全部进行射流加工。

所述的射流出口管6配有密封芯棒8和密封帽9以使所述的射流出口管6不工作时能及时密封，密封芯棒8插入射流出口管6中，密封帽9旋装在射流出口管6上。

在所述的多出口蛇形管上、相邻的两个射流出口管6之间均安装有低温球阀7，以便于对射流出口管6通断的控制。

所述的冷却箱体1的箱壁和箱体盖板2均为真空结构，在冷却箱体1和箱体盖板2外部包裹有发泡保温材料，从而实现冷却箱双层保温。

所述的多出口蛇形管设有七个射流出口6，当磨料射流从不同的射流出口6流出时，其被液氮冷却的时间也不相同，因此可以得到不同温度的低温磨料射流。

所述的磨料射流从某一个射流出口管6流出时，其余的射流出口管6均处于密封状态，射流出口管6由密封芯棒8和密封帽9进行密封，密封芯棒8采用pctfe材料，密封芯棒8的长度大于射流出口管6处管道的长度，从而避免磨料射流流入除出口处以外的管道，密封帽9和射流出口管6采用螺纹连接，密封帽9结构与尼龙自锁螺母相同，能通过尼龙被挤压后产生的回弹力防松。

所述的多出口蛇形管为铜管，由六个低温球阀7进行连接，低温球阀7通过转动阀门来控制开启和关闭，当磨料射流从某一个射流出口管6流出时，位于该射流出口之前的低温球阀7全部打开，位于该射流出口管6之后的低温球阀全部关闭，确保磨料射流只能从该射流出口管6流出，从而得到特定温度的低温磨料射流；所述的低温球阀7和射流出口管6一一对应，低温球阀7和对应的射流出口管6之间的水平距离小于1cm，当低温球阀7关闭时，可保证磨料射流直接流入对应的射流出口管6，减少了磨料射流的能量损失；所述的冷却箱的箱体盖板2可打开，冷却箱和多出口蛇形管采用焊接的方式连接，因此多出口蛇形管不可拆卸，打开箱体盖板2可观察冷却箱内部结构是否出现损坏，打开箱体盖板2还可维修和更换低温球阀7。

所述的多出口蛇形管根据所需的射流温度来设计；对于不同的射流温度

tf,，out，磨料射流在多出口蛇形管中流经的长度为：

式中，h为对流换热系数，tw为壁面温度，tf为定性温度，l为管道长度，ρ为空气密度，cρ为定压比热容，a为管道横截面积，v为射流入口速度，tf,in为射流入口温度，tf,out为射流出口温度，取进出口平均温度为空气的定性温度。

本发明的有益效果：

本发明可以实现对磨料射流的降温，它个有结构简单，操作方便，易于实现和调节的优点。

本发明可以得到不同温度的低温磨料射流。无需拆卸，操作简单。聚合物大多为疏水材料，在常温下难以进行磨料射流加工，但在低温下，对聚合物进行磨料射流加工，能实现较高的材料去除率。本发明可得到不同温度的低温磨料射流，射流出口温度范围－80℃～－190℃。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是图1的剖视结构示意图。

图3是本发明和管路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示。

一种多出口可控温磨料射流冷却装置，它包括冷却箱和多出口蛇形管；所述的冷却箱主要包括冷却箱体1、箱体盖板2和进液管3，冷却箱体1和箱体盖板2形成一个能开闭的液氮存储腔，箱体盖板2上设有用于观察冷却箱体内部情况的观察口4。所述的冷却箱体1的箱壁和箱体盖板2均为真空结构，在冷却箱体1和箱体盖板2外部包裹有发泡保温材料，从而实现冷却箱双层保温，如图1所示，冷却箱的箱体盖板2可打开以便于维修。所述的液氮存储腔通过与其相连通的进液管3与液氮源相连，液氮源能连续或间断地为液氮存储腔供应液氮以保证液氮存府腔内的温度处于设定范围内；所述的多出口蛇形管浸没在所述的液氮存储腔的液氮中，它的射流入口5伸出箱体外与磨料供应管相连通，多出口蛇形管位于液氮存储腔中的部分连接有多个射流出口管6，图2和图3中共有七个射流出口管6（分别为6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7），七个射流出口管6既能单独进行射流加工，也可部分或全部同时进行射流加工。射流出口管6的出口端伸出冷却箱体1外以便对被加工件进行射流加工，且离射流入口5越远的射流出口管6流出的磨料的温度越低。当一个或部分射流出口管6进行射流加工时，其余射流出口管需要进行关闭，可通过在多出口蛇形管上加装低温球阀7和/或为射流出口管6配置密封芯棒8和密封帽9的方法加以实现，以使所述的射流出口管6不工作时能及时密封，密封芯棒8插入射流出口管6中，密封帽9旋装在射流出口管6上。低温球阀7（数量为6个，分别为7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6）可安装在所述的多出口蛇形管上且位于相邻的两个射流出口管6之间，如图3所示，低温球阀7的手柄位于箱体1外（如图1所示）以便于对射流出口管6通断的控制。当磨料射流从不同的射流出口6流出时，其被液氮冷却的时间也不相同，因此可以得到不同温度的低温磨料射流。

如果是单管射流加工，则磨料射流从某一个射流出口管6流出时，其余的射流出口管6均处于密封状态，射流出口管6由密封芯棒8和密封帽9进行密封，密封芯棒8采用pctfe材料，密封芯棒8的长度大于射流出口管6处管道的长度，从而避免磨料射流流入除出口处以外的管道，密封帽9和射流出口管6采用螺纹连接，密封帽9结构与尼龙自锁螺母相同，能通过尼龙被挤压后产生的回弹力防松。如图3所示，本实施例的多出口蛇形管为铜管，由六个低温球阀7进行连接，低温球阀7通过转动阀门来控制开启和关闭，当磨料射流从某一个射流出口管6流出时，位于该射流出口之前的低温球阀7全部打开，位于该射流出口管6之后的低温球阀全部关闭，确保磨料射流只能从该射流出口管6流出，从而得到特定温度的低温磨料射流；所述的低温球阀7和射流出口管6一一对应，低温球阀7和对应的射流出口管6之间的水平距离小于1cm，当低温球阀7关闭时，可保证磨料射流直接流入对应的射流出口管6，减少了磨料射流的能量损失。冷却箱和多出口蛇形管采用焊接的方式连接，因此多出口蛇形管不可拆卸，打开箱体盖板2可观察冷却箱内部结构是否出现损坏，打开箱体盖板2还可维修和更换低温球阀7。

多出口蛇形管的长度可根据所需的射流温度来设计；对于不同的射流温度tf,，out，磨料射流在多出口蛇形管中流经的长度为：

式中，h为对流换热系数，tw为壁面温度，tf为定性温度，l为管道长度，ρ为空气密度，cρ为定压比热容，a为管道横截面积，v为射流入口速度，tf,in为射流入口温度，tf,out为射流出口温度，取进出口平均温度为空气的定性温度。d为多出口蛇形管的直径。

本发明的工作过程如下：打开液氮罐，液氮通过进液管3进入冷却箱；磨料射流通过射流入口5进入多出口蛇形管，位于接喷嘴的射流出口管6之前的低温球阀7（分别为7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6）全部打开，位于接喷嘴的射流出口管6之后的低温球阀7全部关闭；当磨料射流从不同的射流出口6流出时，可以得到不同温度的低温磨料射流。

本发明的控温方式如下：不同的出口温度对于不同的管道长度，因此，一根多出口蛇形管可得到7个出口温度，不同出口温度所对应的管道长度通过所给计算公式计算，例如对于本装置，取进口射流压力32.7kpa，进口射流速度224.5m/s，进口射流温度2℃，根据所给计算公式，当射流出口温度为-190℃时，所对应的管道长度应为141cm，经实验发现，采用150cm长的蛇形管，射流出口温度为-192℃，与计算结果较为相符。因此所给公式可作为计算蛇形管长度的参考。

以上所述为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进应包含在本发明的保护之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及同等物界定。同时，尽管本文较多地使用了冷却箱体1、箱体盖板2、进液管3、观察口4、射流入口5、射流出口管6、低温球阀7、密封芯棒8、密封帽9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。