本发明属于表面强化领域，涉及孔壁的内表面强化，具体涉及一种喷油器中孔内壁面强化装置及使用方法。
背景技术：
汽车的节能环保性能愈来愈受关注，高压共轨技术在柴油发动机中有显著的技术优势。柴油发动机共轨系统中的喷油器是整个共轨系统的关键，喷油器中喷油器体和针阀体有两个内孔微动配合表面，配合面起到超高压密封和运动导向作用。该配合面在生产工艺中要经过表面强化和涂层处理，有很高的表面精度。由于孔的直径在4mm，深度30mm，传统的喷丸、滚压等表面机械强化工艺和设备不能实现孔壁面的强化任务。激光脉冲强化需要作用在零件外壁面，对零件壁厚有低于3mm要求。超高压液体强化会对零件造成较大的变形，且高压密封问题和局部结构的强化很难实现。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种喷油器中孔内壁面强化装置及使用方法，其适合高精度的成品零部件、半成品零件上内壁面和薄壁件内壁面强化处理。
为实现上述技术目的，本发明采取的具体技术方案为，一种喷油器中孔内壁面强化装置，包括空化喷嘴，空化喷嘴的一端设有连接高压流体的入口，另一端设有两个及以上的喷孔；并且空化喷嘴的外径不大于喷油器中孔的内径。
作为本发明改进的技术方案，空化喷嘴的外径不大于3.8mm。
作为本发明改进的技术方案，空化喷嘴带有空腔，空腔的一端设有连接高压流体的入口，另一端设有两个及以上的喷孔，空腔的直径为0.5mm-2mm。
作为本发明改进的技术方案，空化喷嘴采用的材质为不锈钢。
作为本发明改进的技术方案，喷孔的孔径为0.05mm-1mm。
本发明的另一目的在于提供一种喷油器中孔内壁面强化装置的使用方法，包括如下步骤：步骤一、根据喷油器的待加工中孔直径选择空化喷嘴，喷油器中孔的内径比空化喷嘴外径至少大0.2mm，以保证空化喷嘴能够顺利的进入喷油器中孔待强化位置；步骤二、将空化喷嘴置于喷油器中孔中，并保证喷孔位于喷油器中孔中；步骤三、通过空化喷嘴的入口端向空化喷嘴注入高压流体，高压流体的压力为1mpa-100mpa；步骤四、空化喷嘴沿喷油器中孔轴线移动并绕中孔轴转动，高压流体喷出后射流中的空泡在壁面溃灭释放能量，实现对喷油器中孔表面的强化。
作为本发明改进的技术方案，高压流体为纯液态流体；纯液态流体为：水、油或乳化液中的任意一种。
有益效果
本发明采用高压流体的空化效应实现工件表面强化，其通过水射流表面处理后壁面可以得到较高的残余压应力，以解决深孔的内壁面机械强化难题，可有效的缓解裂纹扩展，提升零部件的疲劳寿命，实现传统喷丸、滚压工艺不能实现小直径孔内壁面的强化；可有针对性的对关键区域表面处理，解决盲孔的内表面强化加工，可对传统工艺不能实现的狭窄缝、浅的小直径孔进行壁面强化；并且本方法使用流体空化喷丸，表面残余应力、应力层深度可以灵活调整。
本工艺采用的是流体介质，介质可循环使用，工艺成本低；且表面强化过程中射流束质量小，对零件造成的变形小，尤其适合高精度的零部件，成品、半成品零件，薄壁件的小直径内孔壁面强化处理。
本工艺直接采用射流加工，不要求零部件材质、初始状态等性能，针对高强度高硬度的合金钢、渗碳钢等材料有显著的加工优势，有经济优势；且通过本方法进行强化处理后零件表面粗糙度比传统方法低，45钢材料经过空化喷丸强化后的表面粗糙度可以控制在0.6μm，传统喷丸工艺处理后的表面粗糙度为2.75μm；同时本方法对零部件的壁厚没有要求，只要待加工的孔直径比空化喷嘴直径小即可实现加工；因此，本申请的工艺可以灵活的安排在零件工艺流程中，也可以多次对零件进行空化强化。
设备的成本低，对环境的要求不高，对介质压力等射流参数不敏感，工艺稳定性好。
附图说明
图1本申请空化喷嘴的结构示意图；
图2本申请中空化喷嘴在通孔中的使用过程示意图；
图3本申请中空化喷嘴在盲孔中的使用过程示意图；
图中：1：针阀体；11：针阀体强化壁面；12：内腔；2：喷油器体；21：喷油器体强化壁面；3：空化喷嘴；31：空化喷嘴外壁；32空化喷嘴内壁；4：高压流体；5：喷孔；6：射流。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的装置机构的特定限定。
本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
为了实现孔内壁的表面强化，本申请中使用孔内壁面强化装置，强化装置包括一个直径比零件孔径小的细长形空化喷嘴（如图1所示），将空化喷嘴伸入待加工孔内。空化喷嘴入口端通入高压流体，另一端设有两个及以上均匀布设的喷孔5。给空化喷嘴接通高压流体介质，空化喷嘴中的高压流体通过喷孔5喷出，喷出来的高压射流在经过喷孔5时会产生大量的空泡。夹着着大量空泡的射流抵达待加工表面，射流中的空泡在工件表面附近溃灭产生强化作用。
具体应用时，针对待加工零件的内孔直径和深度，制作空化喷嘴。空化喷嘴的关键指标是空化喷嘴的外径、内径、喷孔5的直径、喷孔5轴线与空化喷嘴轴线之间的夹角。工艺需要空化喷嘴以能沿着零件内孔轴线相对移动和旋转，实现加工出性能参数均匀的内孔壁面，空化喷嘴的直径要小于待加工的孔径，以保证空化喷嘴可以顺利的抵达待加工表面。针对深度较浅的孔，要根据工艺的需求，灵活的定制喷孔5与空化喷嘴轴线的夹角，以保证射流在预定的靶距下抵达目标面。
为了使得空化喷嘴在具体应用时能承受一定的压力，本实施例中，管道采用的材质为不锈钢。
在空化加工过程中，可根据待加工零件的材料、硬度、目标残余应力层深度、残余应力值大小来合理的匹配射流的压力、喷射时间（一般工件空化加工时间为15分钟）、靶距、喷孔5直径等工艺参数。空化喷嘴喷孔5的数量和直径根据流体的实际情况和强化工艺要求综合优化取得。
靶距指加工过程中需要让空化喷嘴与待加工表面之间保持一定的距离。不同靶距可以通过调整空化喷嘴和目标壁面的轴向距离、空化喷嘴和目标壁面的径向距离、空化喷嘴轴线和目标壁面轴线夹角、空化喷嘴喷孔5与空化喷嘴轴线间的夹角实现。
这里优选的是：喷孔5轴线与空化喷嘴轴线夹角优先为20°-150°；并且空化喷嘴外径（空化喷嘴外壁31直径）不大于3.8mm（因为现有技术中的喷油器的孔内径一般为3.9-4.2mm）；管道的内径（空化喷嘴内壁32直径）为0.5-2mm，喷孔5的孔径为0.05mm-1mm。高压流体的射流压力为1mpa-100mpa。靶距的优选范围为5mm-100mm。
实施例
一种喷油器中孔内壁面强化装置的使用方法，使用一个直径比共轨喷油器中孔的孔径小的细长形空化喷嘴，伸入待加工孔内。给空化喷嘴入口接通高压流体介质，空化喷嘴中的高压流体通过喷孔5喷出，喷出来的高压射流在经过喷孔5时会产生大量的空泡；夹着着大量空泡的射流抵达待加工表面，射流中的空泡在工件表面溃灭产生强化作用。这里空化喷嘴产生空化的原因是液体经过空化喷嘴流出时，由于液体的高速流动和体积扩张，液体束内局部的压力会降低，当射流中局部压力p降低到液体的饱和蒸汽压p0以下，液体中会产生空泡。
需要产生空化射流，流体经过空化喷嘴时流束内的最小压强比液体的饱和蒸汽压低即可产生空化。也可以大体的使用液体流速作为辅助判据，流速大于30m/s时液体即可产生空化现象。
具体包括如下步骤：步骤一、根据喷油器的孔选择空化喷嘴，喷油器中孔的直径与空化喷嘴外径的差不小于0.2mm，以保证空化喷嘴能够顺利的进入喷油器的待加工孔中；步骤二、将空化喷嘴置于喷油器中孔中，并保证喷孔5的射流与中孔壁面距离为预定的靶距；步骤三、通过空化喷嘴入口端向空化喷嘴注入高压流体，高压流体的压力为1mpa-100mpa之间；步骤四、加工过程中空化喷嘴绕喷油器中孔轴线方向匀速转动和移动。高压流体喷射后在射流中空泡溃灭作用下实现对喷油器中孔的表面强化。
作为本发明改进的技术方案，空化喷嘴与喷油器中孔之间能发生沿轴线方向的移动，也能发生同轴相对转动，呈螺旋推进状；转速范围没有一定的要求，只要零件内孔壁面得到均匀的预期强化效果即可。为了周向360°范围内均匀强化，至少转30圈。（如果空化喷嘴开3个喷孔5，转30圈射流作用壁面90次）。
作为本发明改进的技术方案，高压流体为纯液态流体为：水、油、乳化液中的任意一种。
例1
如图1是空化喷嘴的结构示意图。空化喷嘴3为一个空心的结构，空化喷嘴3的一端开有喷孔5。空化喷嘴3从一端通入通有高压流体4，高压流体4的压力根据工艺需要设定在1mpa-100mpa范围内。本实例中流体压力为50mpa。空化喷嘴的外径为3.8mm，空化喷嘴的内径为1.2mm。高压流体4通过喷孔5喷出射流6，本实例中喷孔5的直径选择为0.3mm。
高压流体在经过喷孔5之后会在射流6中产生大量的空泡。夹着着空泡的射流6接触到固体壁面后，空泡会溃灭产生局部高能量对金属材料壁面进行表面强化，材料表面局部材料发生变形和屈服，产生残余压应力。
本实例中采用高压流体4为水。
靶距是空化喷嘴到待加工壁面的距离。工艺中可以通过定制喷孔5轴线与空化喷嘴轴线之间不同夹角，灵活的实现不同靶距的空化喷嘴。本实例中靶距取为10mm。
例2
将例1中空化喷嘴用于共轨喷油器体内孔空化加工。
如图2所示是共轨喷油器体内孔空化加工示意图。喷油器体2是一个具有通孔的空心结构，待加工内孔壁面（喷油器体强化壁面21）的直径为4.1mm，喷油器体强化壁面21沿轴向长度为33mm。采用例1中的空化喷嘴3，射流6直接作用在喷油器体强化壁面21上。
空化喷嘴3与喷油器体强化壁面21之间可以相对轴向移动，以满足轴向长度为33mm的加工范围。空化喷嘴3与喷油器体强化壁面21之间可以相对转动，以满足喷油器体强化壁面21周向360°范围内均匀强化。射流喷出的流体可以直接沿着喷油器中间的孔流出。
例3
将例1中空化喷嘴用于共轨喷油器针阀体零件的空化加工。
如图3是共轨喷油器针阀体零件的空化加工示意图。针阀体1的待加工表面（针阀体强化壁面11）的直径为4mm，加工轴向长度为11mm。在工艺中，针阀体1的针阀体强化壁面11为待强化的表面。空化喷嘴3的头部伸进待加工的孔的内部。空化喷嘴喷出的射流6会抵达针阀体强化壁面11，对零件内孔壁面进行强化。
在表面强化过程中，空化喷嘴3和针阀体强化壁面11之间可以相对轴向移动，以沿着轴向加工针阀体强化壁面11。空化喷嘴3和针阀体强化壁面11之间可以相对转动，以便射流沿着周向均匀加工针阀体强化壁面11。
加工过程中，由于针阀体零件是类似盲孔结构，喷出来的流体会在针阀体1内腔12中积累，淹没喷孔5和射流6。淹没中的射流也可以对壁面强化，射流喷出喷孔5后，会呈现一个锥形，锥形外围的液体在液体中穿行会减速，但射流外围区域对壁面强化作用很小，基本不计入。由于液体有粘性，外围液体减速较多，越向锥形中心部位减速越少，锥形中间的液体速度基本不受影响。射流中心部位的液体会保持较高速度，完成表面强化，不影响强化工艺的实施。流体充满之后自动益出内腔。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。