本發明屬于特種加工技術領域，涉及一種磁場輔助微細磨料水射流加工方法及其噴射裝置，特別涉及一種可廣泛應用于金屬、陶瓷、復合材料等的切割和拋光的微細磨料水射流加工方法及其噴嘴裝置。

背景技術：

隨著生產發展和科學實驗的需要，對高硬度、高脆性和高熔點的微細零件的需求不斷增長。很多工業部門，尤其是國防工業部門，要求尖端科學技術產品向高精度、高溫、高壓等方向發展，它們使用的材料越來越難加工，對加工精度、表面粗糙度等要求也越來越高，很多微細零件的材料，如工業陶瓷、光學玻璃、電子芯片、聚合物等，多具有高硬度、高脆性和高熔點等特點，使用激光等和其他傳統的加工手段，難以達到良好的加工效率、精度和加工質量。而磨料水射流加工是一種新型的特種加工方法，由于它具有無熱影響區、不擇材料、無切向力、加工精度高等優點，已越來越多地應用于一些難加工材料的切削加工中。微細磨料水射流加工技術有獨特的優勢，但是也存在許多制約其發展的瓶頸問題：

（1）磨料供給量、供給的均勻性以及穩定性等都直接影響到水射流的加工性能和加工質量。目前，國內外的水射流加工裝置的磨料供給方式特別是微細磨料水射流加工裝置普遍存在磨料供給不均勻、難以精確的控制流量等問題；

（2）磨料水射流噴射裝置極易堵塞。磨料流動不均勻常常是引起微細磨料系統堵塞的原因。由于空氣具有可壓縮性，當系統壓力降低時，微細磨料系統的磨料便會大量噴出，直接導致了磨料水射流中磨料的含量急劇升高，這種情況也極易發生堵塞；

（3）高壓水從噴嘴噴出后，壓力能轉化為動能，水與磨料具有很高的速度，但是磨料顆粒噴射出噴嘴時的速度只有高速水速度的75%左右，因此要達到更好地切削效果需對磨料顆粒進一步加速。

為了解決微細磨料水射流加工技術存在的問題，本發明提出了采用磁場輔助微細磨料水射流加工方法，通過在噴嘴上施加磁場，約束磨料運動方向，提高磨料運動速度，減少射流發散，進而提高磨料水射流加工效率和加工質量。

技術實現要素：

本發明提供了一種磁場輔助微細磨料水射流加工方法及其噴射裝置，減少射流發散，獲得準直磨料水射流束，增強磨料水射流的能量，進而提高磨料水射流加工效果。

為了達到上述目的，本發明的設計方案和設計思路是：設計一種磁場輔助微細磨料水射流加工裝置，包括噴射裝置和磁場發生裝置，其特征在于：磁場發生裝置位于噴嘴裝置的外側，磁場發生裝置產生的磁場沿噴嘴裝置的軸線方向分布，進入混合腔的磁性磨料和水混合，形成穩定準直性高的磨料水射流，然后從磨料噴嘴噴出。

本發明的基本構思是由L型連接角鐵、固定架和六角薄螺母組成固定裝置；由直流電源、金屬環和螺線管及線圈組成磁場輔助裝置；由高壓水噴嘴、混合腔、聚焦管和磨料噴嘴組成噴射裝置。直流電源控制螺線管線圈的電流大小，使之產生穩定的磁場。流入聚焦管的磁性磨料混合液受到了磁場的作用，提高了磁性磨料的能量，從而提高微細磨料水射流的加工能力。

磁場輔助微細磨料水射流加工方法，其工藝過程如下：

第一步：磨料噴嘴移動至待加工工件上方，調節合適的靶距；

第二步：打開水閥，使高壓水從中央管路注入，通過高壓水噴嘴噴出；

第三步：打開磨料供給裝置，磁性磨料經磨料入口進入混合腔與水混合，最后通過磨料噴嘴噴出，形成磨料射流；混合腔的作用是促使磁性磨料與水混合充分；

第四步：打開直流電源開關，調整直流電源得到合適的電流，使磁場生成裝置產生一定強度的磁場；進入混合腔的磁性磨料在射流壓力、自身重力和磁場力等三重作用下在聚焦管內加速運動而后噴出，作用在工件表面，對材料進行微細加工；

第五步：待加工工作完成，先關閉直流電源，然后關閉磨料輸送裝置，最后關閉高壓水輸入裝置。

磁場輔助微細磁性磨料水射流加工噴射裝置，其特征在于：包括磁場生成裝置和噴嘴固定裝置，所述磁場生成裝置安裝在噴嘴上，二者同軸；所述磁場生成裝置包括金屬環，螺線管，直流電源。金屬環通過卡槽固定在噴嘴外緣，金屬環通過螺栓與螺線管連接，當直流電源供電時，螺線管產生一定強度的磁場；所述噴嘴固定裝置包括L型連接角鐵 ，固定架 和六角薄螺母。L型連接角鐵與固定架通過螺栓連接，固定架與噴射裝置通過六角薄螺母連接固定。L型角鐵外接運動裝置。

本裝置中磨料采用磁性磨料。

磁性磨料水射流加工噴射裝置中水射流通過中央管路經過高壓水噴嘴噴出高壓水射流，由于高壓水射流在混合腔內與磨料供給裝置所輸送的磁性磨料混合，最后通過磨料噴嘴噴出，形成磨料水射流。在磁性磨料和高壓水開始噴入時，磁場生成裝置開始工作產生穩定的磁場，在磁場的作用下形成穩定加速的磨料水射流。

本發明通過直流電源給線圈通電，形成磁場，同時高壓水和磁性磨料在混合腔混合后在磁場的作用下得以加速，準直性提高。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1.磨料水射流采用磁場輔助技術，磁場能夠提高磨料的能量和混合效果，以提高加工能力和加工效率；

2.磁場生成裝置工作時，可以通過線圈電流大小控制磁場強度，來調節作用磁性磨料上的磁場力，進而控制磨料的運動；

3.由于磁場線圈產生的磁場與噴嘴軸線同軸，可進一步約束磨料的運動，控制磨料的運動方向，從而產生準直的射流束；

4.在噴嘴上施加磁場，約束磨料運動方向，提高磨料運動速度，減少射流發散，獲得準直微細磨料水射流束，增強磨料水射流的加工能力，進而提高磨料水射流加工效率和加工質量。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為本發明磁場輔助微細磨料水射流加工噴射裝置的結構示意圖；

附圖標記：

1、L型連接角鐵 2、螺栓 3、金屬環 4、螺線管 5、磨料噴嘴 6、聚焦管 7、混合腔 8、磨料進口 9、磨料供給裝置 10、高壓水噴嘴 11、中央管路12、固定架 13、六角薄螺母 14、直流電源。

具體實施方式

以下將結合附圖和實施例詳細說明本發明提出的方法及裝置的細節和工作情況。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而不用于限定本發明。

實施例1

本發明提供的一種磁場輔助微細磨料水射流加工噴射裝置的加工方法，其工藝過程按下列步驟操作：

第一步：磨料噴嘴5移動至待加工工件上方，調節合適的靶距；

第二步：打開水閥，使高壓水從中央管路11注入，通過高壓水噴嘴10噴出；

第三步：打開磨料供給裝置9，磁性磨料經磨料入口8進入混合腔7與水混合，最后通過磨料噴嘴5噴出，形成磨料射流；混合腔7的作用是促使磁性磨料與水混合充分；

第四步：打開直流電源14開關，調整直流電源14得到合適的電流，使磁場生成裝置產生一定強度的磁場；進入混合腔的磁性磨料在射流壓力、自身重力和磁場力等三重作用下在聚焦管內加速運動而后噴出，作用在工件表面，對材料進行微細加工；

第五步：待加工工作完成，先關閉直流電源14，然后關閉磨料供給裝置9，最后關閉高壓水輸入裝置。

實施例2：本發明應用實施例1提供的加工方法應用于磁場輔助下的微細磨料水射流加工噴射裝置，其特征在于：包括磁場生成裝置和噴嘴固定裝置，所述磁場生成裝置安裝在噴嘴5上，二者同軸；所述磁場生成裝置包括金屬環3，螺線管4，直流電源14。金屬環3通過卡槽固定在噴嘴外緣，金屬環3通過螺栓2與螺線管4連接，當直流電源14供電時，螺線管產生一定強度的磁場。所述噴嘴固定裝置包括L型連接角鐵1 ，固定架12 和六角薄螺母13。L型連接角鐵1與固定架12通過螺栓連接，固定架12與噴射裝置通過六角薄螺母13連接固定。

本發明具體的運行過程如下：如圖1所示，高壓水射流通過中央管路11經高壓水噴嘴10噴出并在混合腔7內形成高壓水射流， 從磨料進口8進入的磁性磨料被吸入混合腔7；在混合腔7中，磁性磨料被卷入水射流中，在輔助磁場的作用下，水射流和磁性磨料混合充分，產生穩定準直性高的磁性磨料混合液，最后通過磨料噴嘴5噴出， 形成磨料射流。

本發明應用于高壓水噴嘴直徑0.33mm，α45 o，聚焦管長度60mm的磨料水射流加工裝置時，磁場提供0.17555mT的磁場強度，采用80目的磁性磨料，對硬脆材料進行的精密拋光試驗可以得到表面粗糙度為Ra0.20um的表面。

本發明的方法中步驟二中磨料采用磁性磨料。

本發明的方法中步驟二中磁場的強度通過電流的大小控制。

以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，本領域的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化和改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。