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专利号: 2017108228490
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:无效专利
更新日期:2025-09-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置,其特征在于:包括蓄水池系统、定量泵-蓄能器-卸荷阀恒压能源系统、空化水射流发生系统、高压淹没加工系统,其特征在于,所述蓄水池系统由蓄水池(1)、冷水机组(3)和排水阀(4)组成;蓄水池(1)右下方设计有进水口与冷水机组(3)连通,蓄水池(1)左下方设有排水阀(4),且蓄水池(1)上方分别设置进水管和出水管;

所述定量泵-蓄能器-卸荷阀恒压能源系统包括第一过滤器(5)、高压柱塞泵(6)、单向阀(7)、电磁溢流阀(10)和卸荷阀(11),所述蓄水池(1)出水管上依次设置第一过滤器(5)、高压柱塞泵(6)、单向阀(7),所述高压柱塞泵(6)与单向阀(7)之间的管路上设置分支管路连通蓄水池(1),所述分支管路上设置有电磁溢流阀(10)和卸荷阀(11);

所述空化水射流发生系统包括第一调节阀(12)、温度传感器(13)、第一流量计(14)、第一压力表(15)、空化喷嘴(16)、空化水射流导向装置(17),空化喷嘴(16)通过高压软管与单向阀(7)连接,单向阀(7)与空化喷嘴(16)之间依次设置第一调节阀(12)、温度传感器(13)、第一流量计(14)、第一压力表(15),空化喷嘴(16)连接在空化水射流导向装置(17)上;

所述高压淹没加工系统由高压容器(18)、增压阀(19)、排气阀(20)、第二压力表(21)、进水阀(22)、三坐标工作台(23)、冲压模具或刻蚀掩模(24)、定位夹紧装置(26)、高压空气压缩机(27)组成;三坐标工作台(23)安装在高压容器(18)内部底面上,定位夹紧装置(26)安装在三坐标工作台(23)上,空化喷嘴(16)、空化水射流导向装置(17)均位于高压容器(18)内部,高压容器(18)上还分别设置增压阀(19)、排气阀(20)、第二压力表(21)、进水阀(22),增压阀(19)与高压空气压缩机(27)连接;进水阀(22)能够与进水管相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置,其特征在于,还包括循环回路系统,高压容器(18)底部设置排水口通过高压软管与蓄水池(1)相连,高压容器(18)与蓄水池(1)之间依次设置第二过滤器(28)、第二调节阀(29)、第二流量计(30),构成循环回路系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置,其特征在于,所述定量泵-蓄能器-卸荷阀恒压能源系统还包括蓄能器(8)、压力继电器(9),所述单向阀(7)下游的管路上设置一个分支管路与蓄能器(8)连接,蓄能器(8)下端安装压力继电器(9)。

4.根据权利要求1所述的一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置,其特征在于,空化水射流发生系统的高压软管与高压容器(18)之间通过法兰密封连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置,其特征在于,循环回路系统高压软管与高压容器(18)的排水口以及蓄水池(1)的进水口采用高压软管接头连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置,其特征在于,三坐标工作台(23)位于空化喷嘴(16)正下方。

7.根据权利要求1所述的一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置,其特征在于,高压容器(18)由具有高透光性PMMA材料制成,厚度≥4mm,可承受≥1.5MPa的水压。

8.根据权利要求1所述的一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置,其特征在于,蓄水池(1)中设置两个竖直的多孔隔板(2),将蓄水池(1)分割成三个独立的空间。

9.一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀的方法,其特征在于,包含以下步骤:

(1)根据所要成形和刻蚀加工的形状,设计相应的冲压模具和刻蚀掩模(25),并选择相应的空化水射流导向装置(17);

(2)蓄水池(1)中注水至距顶端10cm左右使水源充足,避免气体进入空化水射流发生系统,高压容器(18)通过进水阀(22)注水且水面高出空化喷嘴(16)顶端d1=2~4cm,并通过高压空气压缩机(27)加压使得高压容器(18)内的压力P1=1.2MPa;

(3)设置压力继电器(9)的值为20.0~30.0MPa,通过调节第一调节阀(12)并观察第一压力表(15)使空化喷嘴进口压力P2=20.0~30.0MPa,通过调节调节阀(20)并观察第二压力表(21)调节高压容器(18)内的压力,即空化水射流围压P3=0.3~1.0MPa以获得符合加工条件的高压淹没空化水射流强度;

(4)设置冷水机组(3)出水温度为15~20℃,保证水温能产生较大强度的空化水射流;

(5)改变三坐标工作台(23)与空化喷嘴(16)之间的相对距离d2,间接改变微零件待加工表面与空化喷嘴射流出口处的相对距离d3,使空泡溃灭发生在待加工微零件表面附近;高压淹没空化水射流中大量空泡溃灭时会产生约为4×104~6×104MPa的高压冲击波、100~

400m/s的高速微射流、5000±200K的局部高温对微零件产生冲压或刻蚀加工效果。

10.根据权利要求9所述的基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀的方法,其特征在于,所述冲压模具和刻蚀掩模(24)根据需要加工的微零件具体加工,Ra≤0.6μm,材料选用模具钢;实现冲压的参数为:设置压力继电器(9)的值为20.0~25.0MPa,P2=20.0~

25.0MPa,P3=0.7~1.0MPa,加工时间约为10min;实现刻蚀的参数为:设置压力继电器(9)的值为25.0~30.0MPa,P2=25.0~30.0MPa,P3=0.3~0.5MPa,加工时间约为20min。