DE112016000899T5

DE112016000899T5 - Düseneinrichtung und Oberflächenbearbeitungsverfahren mit einer Düseneinrichtung

Info

Publication number: DE112016000899T5
Application number: DE112016000899.6T
Authority: DE
Inventors: Yukinori Suzuki
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2017-11-09
Also published as: CN107249821A; WO2016136443A1; TW201637781A; MX2017010478A; TWI680835B; US20180056484A1; JPWO2016136443A1; KR20170118861A; CN107249821B; BR112017017406A2; US10322494B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist eine Düseneinrichtung, die einen Düsenhauptkörper aufweist, der eine Strahlmittelansaugöffnung und eine Ausstoßöffnung, die das Strahlmittel zusammen mit der Druckluft ausstößt, umfasst, sowie eine Luftdüse, welche die Druckluft in den Düsenhauptkörper düst. Der Düsenhauptkörper beinhaltet eine Mischkammer zum Mischen des Strahlmittels mit der Druckluft, einen ersten Durchgang, der von der Strahlmittelansaugöffnung zu der Mischkammer gerichtet ist, und einen zweiten Durchgang, der von der Mischkammer zur Ausstoßöffnung gerichtet ist. Die Luftdüse beinhaltet einen Druckluftausstoßabschnitt und einen dritten Durchgang, der zum Druckluftausstoßabschnitt gerichtet ist, und der dritte Durchgang ist in den Düsenhauptkörper eingefügt. Der Druckluftausstoßabschnitt der Luftdüse ist mit einem Strömungsverengungsabschnitt versehen, der eine Öffnung aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düseneinrichtung und ein Oberflächenbehandlungsverfahren mit der Düseneinrichtung, und genauer eine Düseneinrichtung für die Behandlung einer Oberfläche eines Werkstücks durch Ausstoß eines Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls, und ein Oberflächenbehandlungsverfahren unter Verwendung der Düseneinrichtung.
Technischer Hintergrund
Herkömmlich ist eine Oberflächenbehandlung (Sandstrahlen, Kugelstrahlen, Beschichten, etc.) eines Werkstücks bekannt, bei welchem ”Schleifkorn”, ”Kugeln”, ”Granulatmaterial wie Beschichtungsmaterial” oder Ähnliches als ausgestoßenes Material bzw. Strahlmittel zusammen mit Druckluft auf das Werkstück gerichtet wird. Bekannte Düseneinrichtungen für derartige Oberflächenbehandlungen von Werkstücken beinhalten eine Düseneinrichtung vom Drucktyp (Patentdokument 1), bei der ein mit Strahlmittel gefüllter Druckbehälter durch Druckluft oder Ähnliches unter Druck gesetzt und das Strahlmittel zu einer Druckluftströmung zugeführt und zusammen mit der Druckluft als Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahl ausgestoßen wird; und eine Düseneinrichtung vom Saugtyp (Patentdokument 2), bei der das Strahlmittel durch die Saugkraft einer Druckluftströmung in eine Luftdüse eingesaugt und zusammen mit der Druckluft als Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahl ausgestoßen wird.
Verglichen mit einer Düseneinrichtung vom Saugtyp kann eine Düseneinrichtung vom Drucktyp das Strahlmittel mit höherer Geschwindigkeit ausstoßen, daher hat sie eine hohe Behandlungsfähigkeit; bei einer Kugelstrahlbehandlung ist sie in der Lage, eine residuale komprimierende Belastung bis hinunter zu einer niedrigeren Tiefenposition auszuüben, und kann eine Beschichtung mit großer Haftfestigkeit während dem Beschichtungsprozess bilden. Allerdings hat die Düseneinrichtung vom Drucktyp das Problem, dass die Menge des Strahlmittels und die Ausstoßzeit durch die Fähigkeit des Druckbehälters beschränkt sind, sodass kein kontinuierlicher Langzeitausstoß möglich ist.
Demgegenüber hat eine Düseneinrichtung des Saugtyps den Vorteil, dass der Behälter zur Aufnahme des Strahlmittels nicht verschlossen werden muss, daher kann das Strahlmittel durchgehend ausgestoßen werden. Allerdings saugt eine Düseneinrichtung vom Saugtyp das der Atmosphäre ausgesetzte Strahlmittel zusammen mit Luft ein, was zum Problem des Druckverlusts führt, was wiederum die Ausstoßgeschwindigkeit verglichen mit einer Düseneinrichtung vom Drucktyp verringert. Ein denkbarer Weg, die Ausstoßgeschwindigkeit zu erhöhen, wäre, den Anteil des Druckverlusts der Druckluft durch eine Erhöhung des Drucks der Druckluft zu kompensieren. Allerdings erfordert dies eine stärkere Druckluftquelle, was zu erhöhten Ausrüstungskosten und erhöhter Betriebsenergie für die Druckluftquelle führt, etc.
Zitationsliste

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H02-160514 A
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H08-267360 A

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Düseneinrichtung bereitzustellen, die Strahlmittel mit hoher Geschwindigkeit auf ein Werkstück schleudern kann, um die Oberfläche des Werkstücks zu behandeln bzw. zu bearbeiten, und ein Oberflächenbehandlungsverfahren mit der Düseneinrichtung bereitzustellen.
Mittel zur Lösung der Probleme
Die oben genannte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Bereitstellen einer Düseneinrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Werkstücks durch Ausstoß eines Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls, worin Strahlmittel mit Druckluft gemischt ist, gelöst, wobei die Düseneinrichtung aufweist: Einen Düsenhauptkörper, beinhaltend einen Ansaugeinlass für Strahlmittel, der konfiguriert ist, das Strahlmittel einzusaugen, und einen Ausstoßauslass, der konfiguriert ist, das eingesaugte Strahlmittel zusammen mit der Druckluft auszustoßen; und eine Luftdüse, die konfiguriert ist, die Druckluft in den Düsenhauptkörper einzudüsen; wobei der Düsenhauptkörper eine Mischkammer beinhaltet, die einen Raum bildet, in dem das vom Ansaugeinlass in den Düsenhauptkörper eingesaugte Strahlmittel mit von der Luftdüse eingedüster Druckluft gemischt wird, einen ersten Durchgang, der vom Strahlmittelansaugeinlass zur Mischkammer gerichtet ist, und einen zweiten Durchgang, der von der Mischkammer zum Ausstoßauslass gerichtet ist; wobei die Luftdüse an ihrer Spitze einen Abschnitt zum Druckluftausstoß beinhaltet und einen dritten Durchgang, der zum Druckluftausstoßabschnitt gerichtet ist, und die Luftdüse ist so in den Düsenhauptkörper eingefügt, dass der dritte Durchgang auf der gleichen Axialen Mitte wie der zweite Durchgang des Düsenhauptkörpers liegt, und so dass der Druckluftausstoßabschnitt in der Mischkammer des Düsenhauptkörpers positioniert ist; und wobei der Druckluftausstoßabschnitt der Luftdüse mit einem Strömungsverengungsabschnitt ausgestattet ist, welcher eine Öffnung besitzt, deren Querschnitt kleiner ist als ein Querschnitt des dritten Durchgangs.
In der so ausgebildeten Düseneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Druckluftausstoßabschnitt der Luftdüse mit dem Strömungsverengungsabschnitt ausgestattet, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Druckluftausstoßabschnitt ausgestoßenen Druckluftströmung erhöht wird. Außerdem wird eine Verlangsamung durch Stöße mit den Wänden der Mischkammer unterdrückt, da eine Ausdehnung in die Breitenrichtung der Druckluftströmung durch den Strömungsverengungsabschnitt unterdrückt wird. Durch Verwendung der Düseneinrichtung der vorliegenden Erfindung erhöht sich als ein Ergebnis die Strömungsgeschwindigkeit des Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls selbst bei einem Druckluftdurchflussvolumen, das gleich dem einer herkömmlichen Düseneinrichtung ist, sodass sich die Effizienz der Oberflächenbehandlung verbessert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet der dritte Durchgang der Luftdüse vorzugsweise einen Strömungsbegradigungsabschnitt, der einen kontinuierlichen, sich nicht verändernden Querschnittsbereich aufweist, wobei der Strömungsverengungsabschnitt über den Strömungsbegradigungsabschnitt verbunden ist, und wobei ein Querschnittsbereichsverhältnis (S2/S1), welches ein Verhältnis eines Querschnittsbereichs (S2) des Strömungsverengungsabschnitts zu einem Querschnittsbereich (S1) des Strömungsbegradigungsabschnitt ist, auf 0,3 bis 0,8 eingestellt ist.
Bei der so ausgebildeten Erfindung kann die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Strömung erhöht werden, ohne die ausgestoßene Strömung zu beeinträchtigen, wenn Druckluft vom Strömungsverengungsabschnitt des Druckluftausstoßabschnitts ausgestoßen wird. Als ein Ergebnis erhöht sich in der vorliegenden Erfindung die Geschwindigkeit des Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls und die Effizienz der Oberflächenbehandlung wird verbessert.
In der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise das Querschnittsbereichsverhältnis des Strömungsverengungsabschnitts (L2/D2), welches ein Verhältnis einer Länge (L2) der Öffnung zu einem Durchmesser (D2) der Öffnung in dem Strömungsverengungsabschnitt der Luftdüse ist, auf 0,1 bis 0,5 eingestellt.
Bei der so ausgebildeten Erfindung kann die Geradlinigkeit der aus dem Druckluftausstoßabschnitt ausgestoßenen Düsenströmung verbessert werden, wodurch die Geschwindigkeit des Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls sich erhöht und die Effizienz der Oberflächenbehandlung verbessert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise das Strömungsbegradigungsabschnittsverhältnis (L1/D1), welches ein Verhältnis einer Länge (L1) des Strömungsbegradigungsabschnitts zu einem Durchmesser (D1) des Strömungsbegradigungsabschnitts ist, auf 2 bis 50 eingestellt.
Bei der so ausgebildeten Erfindung wird die Druckluftströmung begradigt, bevor sie den Strömungsverengungsabschnitt durchquert, wodurch die Geradlinigkeit der Druckluftdüsenströmung weiter verbessert werden kann, so dass sich die Geschwindigkeit des Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls erhöht und die Effizienz der Oberflächenbehandlung verbessert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung stößt die Düseneinrichtung vorzugsweise Schleifkörner aus, die als Strahlmittel in einer Strahlbearbeitungsvorrichtung benutzt werden.
Gemäß der so ausgebildeten vorliegenden Erfindung kann das Strahlmittel durch die Düseneinrichtung ohne Pulsieren ausgestoßen werden. Außerdem wird die Strahlbehandlungsfähigkeit aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Strahlmittels erhöht. Das heißt, wenn die Düseneinrichtung der vorliegenden Erfindung auf einer Strahlbearbeitungsvorrichtung installiert wird, kann eine effiziente und stabile Strahlbehandlung ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Oberflächenbehandlungs- bzw. -bearbeitungsverfahren zur Behandlung bzw. Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks unter Verwendung der oben beschriebenen Düseneinrichtung bereit, das folgende Schritte umfasst: Eindüsen von Druckluft von der Luftdüse in die Mischkammer in dem Düsenhauptkörper und Versetzen der Mischkammer in einen Unterdruck; Einsaugen des Strahlmittels vom Strahlmittelansaugeinlass des Düsenhauptkörpers in die Mischkammer mittels des Unterdrucks in der Mischkammer des Düsenhauptkörpers, und Mischen des Strahlmittels mit der vom Druckluftausstoßabschnitt in die Mischkammer eingedüste Druckluft; Ausstoßen eines Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls, bei dem Strahlmittel mit Druckluft gemischt ist, vom Ausstoßeinlass in dem Düsenhauptkörper; und Bearbeiten bzw. Behandeln der Oberfläche des Werkstücks durch Kollision des ausgestoßenen Strahlmittels mit der Oberfläche des Werkstücks; wobei in dem Schritt des Ausstoßens der Druckluft von der Luftdüse eine Expansion eines Düsenstroms der Druckluft durch den Strömungsverengungsabschnitt der Luftdüse unterdrückt wird.
In der vorliegenden Erfindung weist die Düsenströmung der aus der Luftdüse ausgestoßenen Druckluft zum äußeren Rand davon hin vorzugsweise eine höhere Geschwindigkeit auf.
Bei der so ausgebildeten vorliegenden Erfindung nimmt die Geradlinigkeit am äußeren Rand zu, da die Geschwindigkeit der Düsenströmung am äußeren Rand zunimmt. Dadurch wird eine Expansion, welche durch die Düsenströmung verursacht wird, am äußeren Rand unterdrückt, ungeachtet einer Tendenz zur Expansion in der Mitte des Strahls, wo die Geschwindigkeiten klein sind, dadurch wird die Geradlinigkeit der Druckluftdüsenströmung insgesamt verbessert.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Düseneinrichtung der vorliegenden Erfindung können sowohl eine hohe Behandlungs- bzw. Bearbeitungsfähigkeit, welche der Vorteil einer Düseneinrichtung vom Drucktyp ist, als auch eine kontinuierliche Behandlung bzw. Bearbeitung, welche der Vorteil einer Düseneinrichtung vom Saugtyp ist, erreicht werden. Dies ermöglicht, dass eine Oberflächenbehandlung bzw. -bearbeitung wie etwa Sandstrahlen (blasting), Kugelstrahlen (shot peening), Beschichten (coating) und Ähnliches, in trockenen Zustand kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den beigefügten Zeichnungen ist zu sehen:
1 ist eine Vorderansicht, die eine Strahlbearbeitungsvorrichtung zeigt, die eine Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1;
3 ist eine Seitenansicht, die einen Klassiermechanismus auf der Strahlbearbeitungsvorrichtung in 1 zeigt;
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3;
5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Vorratsbehälter und einen Transportmechanismus für Strahlmittel in der Strahlbearbeitungsvorrichtung in 1 zeigt;
6 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die eine Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Luftdüse in einer Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine Querschnittsansicht, die ein erstes Beispiel des Strömungsverengungsabschnitts einer Luftdüse einer Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites Beispiel des Strömungsverengungsabschnitts einer Luftdüse einer Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine Querschnittsansicht, die ein drittes Beispiel des Strömungsverengungsabschnitts einer Luftdüse einer Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11 ist ein Graph, der den Fluktuationsbereich in der Saugkraft in einer Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführungsformen
Nachfolgend wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eine Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Zuerst wird mit Bezug auf 1 und 2 ein allgemeiner Aufbau einer Strahlbearbeitungsvorrichtung erläutert, welche eine Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. 1 ist eine Vorderansicht, die eine Strahlbearbeitungsvorrichtung zeigt, die eine Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt, und 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1.
Wie in 1 und 2 gezeigt umfasst die Strahlbearbeitungsvorrichtung: eine Düseneinrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zur Strahlbearbeitung; ein Gehäuse 4, das die Düseneinrichtung 2 beherbergt; einen Saugmechanismus 6, um das Innere des Gehäuses 4 abzusaugen; einen Klassiermechanismus 8 zum Klassieren von Strahlmittel, der auf dem Bodenabschnitt des Gehäuses 4 angeordnet ist; einen Vorratsbehälter 10 zum klassiertes Strahlmittel aufzubewahren; und einen Strahlmitteltransportmechanismus 12 zum Transportieren von in dem Vorratsbehälter 10 aufbewahrten Strahlmaterial.
Das Gehäuse 4 umfasst: einen oberen Gehäuseteil 14, einen unteren Gehäuseteil 16, der am Boden des oberen Gehäuseteils 14 angeordnet ist, und einen äußeren Rahmen 18, der an der Außenseite des unteren Gehäuseteils 16 angebracht ist. Der obere Gehäuseteil 14 und der äußere Rahmen 18 sind durch ein Scharnier 20 und einen Verriegelungsverschluss 22 verbunden; indem man den Verriegelungsverschluss 22 freigibt, kann das obere Gehäuseteil 14 relativ zum unteren Gehäuseteil 16 geöffnet und geschlossen werden.
Der Innenraum in dem oberen Gehäuseteil 14 und dem unteren Gehäuseteil 16 bildet eine Strahlbearbeitungskammer 24. Eine Düseneinrichtung 2 ist auf der Strahlbearbeitungskammer 24 angeordnet.
An der Front des oberen Gehäuseteils 14 ist ein Bearbeitungsabschnitt 26 installiert. Der Bearbeitungsabschnitt 26 dient sowohl als eine Einlassöffnung, um Außenluft in die Strahlbearbeitungskammer 24 einzusaugen, als auch als Einfuhröffnung, in die der Bedienende eine Hand in die Strahlbearbeitungskammer 24 während einer Strahlbearbeitung einführen kann. Ein Gummituch 26a ist am Bearbeitungsabschnitt 26 befestigt und enthält mehrere Schlitze 26b, die sich radial vom Zentrum desselben aus erstrecken.
An der Strahlbearbeitungskammer 24 ist eine Arbeitsplatte 28 angebracht, auf der das Werkstück W angeordnet wird, wenn eine Strahlbearbeitung vorgenommen wird. Auf der Arbeitsplatte 28 sind mehrere Öffnungen angeordnet, damit das Granulatmaterial, welches das Strahlmittel enthält, sie passieren kann.
An der Vorderseite des Gehäuses 4 sind ein Steuerpult 30 und ein Druckregelventil 32 angebracht. Die vom Druckregelventil 32 zugeführte Druckluft wird durch einen Schlauch 34 zur Düseneinrichtung 2 geliefert. Das Strahlmittel in dem Vorratsbehälter 10 wird durch einen Schlauch 36 zur Düseneinrichtung 2 transportiert.
Als nächstes wird der Klassiermechanismus 8 anhand von 3 und 4 in dem Detail erläutert werden. 3 ist eine Seitenansicht, die einen Klassiermechanismus auf der Strahlbearbeitungsvorrichtung in 1 zeigt, und 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3;
Der Klassiermechanismus 8 ist ein Mechanismus, der das Granulatmaterial in der Strahlbearbeitungskammer 24 trennt in wiederverwertbares Strahlmittel und in Staub. Der Begriff Staub bezieht sich hier auf Schneidspäne, die während der Strahlbearbeitung entstanden sind, oder auf Strahlmittel, das durch Stöße, etc. eine Größe erreicht hat, das es zur Wiederverwertung ungeeignet macht. Der Klassiermechanismus 8 ist in einem Zwischenbereich des Durchgangs von der Strahlbearbeitungskammer 24 zum Saugmechanismus 6 zum Absaugen der Strahlbearbeitungskammer 24 angeordnet und führt ein Trennen aus, indem er die Windkraft nutzt, die von Saugmechanismus 6 erzeugt wird.
In der Strahlbearbeitungsvorrichtung 1 hat wiederverwertbares Strahlmittel schwerere Teilchen als der Staub, daher kann das wiederverwertbare Strahlmittel durch Klassieren vom Staub getrennt werden. Genauer umfasst, wie in 3 gezeigt, der Klassiermechanismus 8: ein Strömungsbegradigungselement 38 mit einem kreisförmigen vertikalen Querschnitt und einer durch eine Verschlussplatte 38a geschlossenen Endfläche (die rechte Seite in 4); ein Klassierelement 40, in dem die Oberseite des vertikalen Querschnitts, die von der Seitenrichtung in 3 aus sichtbar ist, ein Kreis mit einem Durchmesser ist, der größer als ein Durchmesser des Strömungsbegradigungselements 38 ist, und bei dem der Boden sich so erstreckt, dass er sich in dem Abstand zum unteren Ende verengt (z. B., die horizontale Querschnittsfläche wird zum unteren Ende hin immer kleiner), und der vertikale Querschnitt davon, den man in 4 von vorne sieht, ein vertikal langes Quadrat ist, dessen Bodenfläche offen ist; ein Ansaugelement 42, das konzentrisch mit dem Strömungsbegradigungselement 38 innerhalb des Strömungsbegradigungselements 38 angeordnet ist und eine zylindrische, an beiden Enden offene Form besitzt; und ein Einführelement 44, das auf der Seitenfläche des Strömungsbegradigungselements 38 angebracht ist. Der oben beschriebene Saugmechanismus 6 ist mit dem Ansaugelement 42 verbunden.
Im Klassiermechanismus 8 wird das Granulatmaterial, welches das Strahlmittel beinhaltet, zusammen mit Luft durch den Betrieb des mit dem Klassierelement 40 verbundenen Saugmechanismus zum Klassiermechanismus 8 transportiert und strömt in einer spiralförmigen Form entlang der Innenwand des Strömungsbegradigungselements 38 zum Klassierelement 40 in dem Strömungsbegradigungsabschnitt 38b, der in der Innenwandfläche des Strömungsbegradigungselements 38 und der Außenwandfläche des Ansaugelements 42 gebildet ist. Das Granulatmaterial, welches Strahlmittel beinhaltet, das den Strömungsbegradigungsabschnitt 38b passiert hat, bewegt sich weiter, während es weiter zirkuliert, um die Klassierkammer 40 zu erreichen. Es bewegt sich dann weiter vor und wird langsamer, während es weiterhin zirkuliert (”a” in 4). Wenn es langsamer wird, fällt das wiederverwertbare Strahlmittel, das schweres Granulatmaterial ist, durch die Schwerkraft zum Bodenteil der Klassierkammer 40 und häuft sich in dem Vorratsbehälter 10 an, der am Bodenteil des Klassiermechanismus 8 befestigt ist (”b” in 4). Hingegen werden leichte Teilchen nicht wiederverwertbaren Strahlmittels oder Schneidspäne, die während der Strahlbearbeitung entstanden sind, zum Saugmechanismus 6 durch das Ansaugelement 42 gesaugt und von dem Auffangfilter in dem Saugmechanismus 6 eingefangen (”c” in 4).
Als nächstes wird mit Bezug auf 5 der Vorratsbehälter 10 und der Strahlmitteltransportmechanismus 12 genauer erläutert. 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Vorratsbehälter und einen Transportmechanismus für Strahlmittel in der Strahlbearbeitungsvorrichtung in 1 zeigt.
Wie in 5 gezeigt ist der Strahlmitteltransportmechanismus 12, der ein Mechanismus für den Transport des in dem Vorratsbehälter 10 gelagerten Strahlmittels zur Düseneinrichtung 2 ist, auf dem Vorratsbehälter 10 angeordnet. Der Strahlmitteltransportmechanismus 12 umfasst: eine runde, rohrförmige Strahlmittelabsaugleitung 46, die so befestigt ist, dass sie die Seitenwand des Vorratsbehälters 10 durchdringt (die linke Wand in 5); ein rundes, rohrförmiges Rohrbefestigungselement 48, das Außenluft zuführt und so befestigt ist, dass es die Seitenwand durchdringt, die der Strahlmittelabsaugleitung 46 in dem Vorratsbehälter 10 zugewandt ist (die rechte Wand in 5); und eine Außenlufteinbringungsleitung 50, die mittels Hindurchstecken durch das Außenluftzufuhrrohr-Befestigungselement 48 befestigt ist. Die Strahlmittelabsaugleitung 46 ist durch den oben beschriebenen Schlauch 36 mit einer Strahlmittelansaugöffnung 70, unten beschrieben, auf der Düseneinrichtung 2 verbunden (siehe 6).
Die Luft, die auf die Düseneinrichtung 2 zuströmt, wird in der Strahlmittelabsaugleitung 46 durch die Saugkraft erzeugt, die in der Düseneinrichtung 2 produziert wird. Zur gleichen Zeit wird Außenluft durch die Außenlufteinbringungsleitung 50 eingesaugt. Das heißt eine Außenluftströmung wird an der Spitze der Außenlufteinbringungsleitung 50 ausgestoßen. Der Luftstrom erzeugt einen Luftstrom, der zur Strahlmittelansaugöffnung 70 nahe des rechten Endes der Strahlmittelabsaugleitung 46 gerichtet ist. Das Strahlmittel in dem Vorratsbehälter 10, das mit dem Luftstrom strömt, wird in die Strahlmittelabsaugleitung 46 eingesogen und in die Düseneinrichtung 2 eingesogen.
Als nächstes wird mit Bezug auf 6 bis 10 eine Düseneinrichtung 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer erläutert. 6 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die eine Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Luftdüse in einer Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8 bis 10 sind jeweils Querschnittsansichten, die ein erstes, zweites bzw. drittes Beispiel des Strömungsverengungsabschnitts einer Luftdüse einer Düseneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigten.
Wie in 6 gezeigt, umfasst die Düseneinrichtung 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Düsenhauptkörper 60 und eine Luftdüse 62, mit der Druckluft in das Innere des Düsenhauptkörpers 60 gedüst wird. Der Düsenhauptkörper 60 umfasst einen Düsenhalter 64 und eine zylindrischen Ausstoßdüse 66, die von einem Ende des Düsenhalters 64 (die untere Endoberfläche in 3) eingefügt und daran angebracht ist. Die Luftdüse 62 ist am anderen. Ende (die obere Endoberfläche in 3) des Düsenhalters 64 des Düsenhauptkörpers 60 eingefügt und angebracht. Eine Mischkammer 68, die einen Innenraum des Düsenhauptkörpers 60 bildet, ist in der Nähe des unteren Endes der Luftdüse 62 innerhalb des Düsenhauptkörpers 60 und nahe dem oberen Ende der Ausstoßdüse 66 platziert.
Eine Strahlmittelansaugöffnung 70 zum Einsaugen von Strahlmittel und ein erster Durchgang 72, der als ein Durchgang von der Strahlmittelansaugöffnung 70 zu der Mischkammer 68 dient, sind auf dem oberen Teil des Düsenhalters 64 ausgebildet.
Eine kreisförmige Ausstoßöffnung 74 zum Ausstoßen eines Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls befindet sich am unteren Ende der Ausstoßdüse 66; es ist auch ein zweiter Durchgang 76, der als ein Durchgang von der Mischkammer zur Ausstoßöffnung 74 dient, ausgebildet.
Die oben beschriebene Strahlmittelansaugöffnung 70, der erste Durchgang 72, die Mischkammer 68, der zweite Durchgang 76 und die Ausstoßöffnung 74 stehen in dem Düsenhauptkörper 60 in Verbindung.
Wie in 7 gezeigt ist die Luftdüse 62 zylindrisch; ein dritter Durchgang 78, der ein Durchgang für Druckluft ist, ist in ihrem Inneren ausgebildet; weiter ist ein Druckluftausstoßabschnitt an ihrer Spitze ausgebildet, wo Druckluft ausgestoßen wird (das untere Ende in 7). Der dritte Durchgang 78 der Luftdüse 62 umfasst: einem Drucklufteinleitungsabschnitt 82 mit einem kontinuierlichen Durchmesser, einen Beschleunigungsabschnitt 84, der mit dem Drucklufteinleitungsabschnitt in Verbindung steht und einen sich graduell verengenden Durchmesser in Richtung der Spitze aufweist, und einen Strömungsbegradigungsabschnitt 86, der mit dem Beschleunigungsabschnitt 84 in Verbindung steht und einen festen Durchmesser aufweist. Es sei bemerkt, dass der Beschleunigungsabschnitt 84 weggelassen werden kann, falls der Unterschied zwischen der Querschnittsfläche des Drucklufteinleitungsabschnitts 82 und der Querschnittsfläche des Strömungsbegradigungsabschnitts 86 auf einem Niveau ist, das die Druckluftströmung nicht stört.
Die Luftdüse 62 ist in den Düsenhalter 64 eingefügt und am ihm befestigt, so dass der Druckluftströmungsabschnitt 80 davon auf der Mischkammer 68 des Düsenhauptkörpers 60 positioniert ist. Das andere Ende der Luftdüse 62 (das obere Ende in 6 und 7) ist durch den Schlauch 34 und das Druckregelventil 32 mit einer Druckluftquelle (nicht dargestellt) verbunden und Druckluft wird durch den Betrieb der Druckluftquelle in die Mischkammer 68 gestoßen bzw. gedüst. Da der Strahlstrom sich in gerader Richtung bewegt, während er die umliegende Luft einzieht, ist die Mischkammer 68 negativem Druck ausgesetzt und erzeugt daher eine Saugkraft. Der Grad der Saugkraft ändert sich abhängig von dem Druckluftströmungsabschnitt 80 und der Innenwandoberfläche der Ausstoßdüse 66, daher wird die Luftdüse 62 eingestellt, indem man sie in senkrechter Richtung bewegt, um die Saugkraft zu optimieren, und der Düsenhalter 64 wird durch Bolzen oder ähnliches befestigt, nicht dargestellt. Durch die Saugkraft wird das Strahlmittel von der Strahlmittelansaugöffnung 70 zu der Mischkammer 68 eingesaugt. Das Strahlmittel, das die Mischkammer 68 erreicht, wird mit Druckluft gemischt und das Gemisch aus Druckluft und Strahlmittel durchquert den zweiten Durchgang 76, um als Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahl von der Ausstoßöffnung 74 ausgestoßen zu werden.
Wenn Druckluft in einer herkömmlichen Vorrichtung von einem Druckluftausstoßabschnitt ausgestoßen wird, würde der Strahlstrom sich sofort nach dem Ausstoß aufweiten und an die Wände der Mischkammer stoßen, was zu Strahlenergieverlust führen würde. Der Strahlenergieverlust hätte zur Folge, dass die Saugkraft, um das Strahlmittel einzusaugen, und die Strömungsgeschwindigkeit des Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls geringer werden, wodurch die Bearbeitungsfähigkeit reduziert wird. Um den Energieverlust zu reduzieren, ist in der Düseneinrichtung 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf dem Druckluftausstoßabschnitt 80 ein Strömungsverengungsabschnitt 88 angeordnet, welcher eine runde Öffnung aufweist, die kleiner ist als die Querschnittsfläche des dritten Durchgangs 78 nahe des Strömungsbegradigungsabschnitts 86. Da der Durchmesser der Öffnung des Strömungsverengungsabschnitts 88 klein ist, wird die Luft, die den Strömungsbegradigungsabschnitt 86 passiert, in dem Strömungsverengungsabschnitt 88 beschleunigt. Zusätzlich erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der ausgestoßenen Druckluft, die den Strömungsverengungsabschnitt 88 passiert hat, mit Nähe zum Außenrand und hat einen hohen Grad an Geradlinigkeit. Dies daher, weil Druckluft, die den dritten Durchgang 78 passiert hat, plötzlich in dem Strömungsverengungsabschnitt 88 komprimiert wird, und diese Komprimierung führt zu einer relativen Beschleunigung am äußeren Ende der Druckluftströmung. Folglich reduziert der Strahlstrom am äußeren Rand jegliche Expansion, auch wenn der mittlere Bereich des Strahlstromes, der vom Druckluftausstoßabschnitt 80 ausgestoßen wurde, sich weiten will, sodass die Geradlinigkeit der Druckluft als Ganzes verbessert wird und Energieverluste, die durch Stöße mit der Wandoberfläche der Mischkammer 68 verursacht werden, reduziert werden können.
Wenn das Querschnittsflächenverhältnis (S2/S1) in der Luftdüse 62, welches das Verhältnis der Querschnittsfläche S2 der Öffnung in dem Strömungsverengungsabschnitt 88 zu der Querschnittsfläche S1 des Strömungsbegradigungsabschnitts 86 ist, zu klein ist, stellt dies einen Widerstand dar, wenn Druckluft den Strömungsverengungsabschnitt 88 passiert; wenn es zu groß ist, kann Druckluft nicht beschleunigen, wenn sie den Strömungsverengungsabschnitt 88 passiert. Für eine günstige Beschleunigung der Druckluft ist vorzugsweise ein Querschnittsflächenverhältnis (S2/S1), welches das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche S2 der Öffnung des Strömungsverengungsabschnitts 88 zu der Querschnittsfläche S1 des Strömungsbegradigungsabschnitts 86 ist, auf einen Bereich von 0,3 bis 0,8 eingestellt.
Wenn die Druckluft den Strömungskontraktionsabschnitt 88 passiert, wird die Druckluftströmung begradigt, so dass sie sich geradlinig weiterbewegt. Falls der Strömungsverengungsabschnitt 88 jedoch zu lang ist, wird sich ein Widerstand bilden, wenn die Druckluft ihn passiert, wodurch die Strahlgeschwindigkeit fällt. Daher ist vorzugsweise die Länge L2 der Öffnung relativ zum Durchmesser D2 der Öffnung in dem Strömungsverengungsabschnitt 88 so kurz wie möglich, um einen geraden Strahlstrom der Druckluft zu erhalten. Daher ist vorzugsweise gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Kontraktionsabschnittsverhältnis (L2/D2), welches das Verhältnis der Öffnungslänge L2 zum Öffnungsdurchmesser D2 ist, auf einen Bereich von 0,1 bis 0,5 eingestellt.
Außerdem beinhaltet der dritte Durchgang 78 der Luftdüse 62 einen Strömungsbegradigungsabschnitt 86 wie oben beschrieben, was weiter die Geradlinigkeit der aus dem Druckluftausstoßabschnitt 80 gestoßenen Druckluft verbessert, was wiederum die Strahlbearbeitungsfähigkeit verbessert. Zudem kann das Auftreten von Pulsieren (Stoßwellen) des Strahlstromes durch den Strömungsbegradigungsabschnitt 86 unterdrückt werden, wodurch die Saugkraft, die in der Mischkammer 68 erzeugt wird, konstant wird. Daher ist die Menge des von der Strahlmittelansaugöffnung 70 auf dem Düsenhauptkörper 60 eingesaugten Strahlmittels stets konstant und eine stabile Strahlbehandlung kann durchgeführt werden. Um diese Auswirkungen zu erhalten, ist das Strömungsbegradigungsabschnittsverhältnis (L1/D1), welches das Verhältnis der Länge L1 zum Durchmesser D1 des Strömungsbegradigungsabschnitts 86 ist, vorzugsweise auf einen Bereich von 2 bis 50 eingestellt.
Die Form des Strömungsverengungsabschnitts 88 ist nicht auf Formen begrenzt, bei denen die Einlassseite und andere Teile den gleichen Durchmesser aufweisen, wie in 7 und 8 gezeigt; er kann auch die in 9 gezeigte Form aufweisen, in welcher die Einlassseite sich verjüngt und der Durchmesser erweitert ist; Zusätzlich kann es die in 10 gezeigte Form aufweisen, in welcher die Einlassseite eine runde Form aufweist und der Durchmesser erweitert ist.
Als nächstes wird ein Strahlbearbeitungsverfahren mit einer Strahlbearbeitungsvorrichtung 1 erläutert, die eine Düseneinrichtung 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
Zuerst wird das Steuerpult 30 bedient, um den Saugmechanismus 6 zu aktivieren, damit er das Innere der Strahlkammer 24 absaugt. Als nächstes wird der Verriegelungsverschluss 22 entriegelt und das obere Gehäuse 14 geöffnet. Danach wird eine vorbestimmte Menge von Strahlmittel in die Strahlbearbeitungskammer 24 eingebracht und das Strahlmittel wird durch den Klassiermechanismus 8 zum Vorratsbehälter 24 transportiert. Das obere Gehäuse 14 wird dann geschlossen und mit dem Verriegelungsverschluss 22 verriegelt, womit das obere Gehäuse 14 und das untere Gehäuse 16 befestigt werden und die Strahlbearbeitungskammer 24 in einen verschlossenen Raum verwandelt wird. Die Strahlbearbeitungskammer 24 wird vom Saugmechanismus 6 abgesaugt und steht damit unter Unterdruck, sodass Außenluft vom Bearbeitungsabschnitt 36 in die Strahlbearbeitungskammer fließt. Als Folge der Außenluftströmung entweicht kein Granulatmaterial, welches Strahlmittel beinhaltet (Strahlmittel und Staub), von der Strahlbearbeitungskammer 24 nach außen, selbst wenn das Strahlmittel von der Düseneinrichtung 2 ausgestoßen wird, wie unten beschrieben.
Das Strahlmittel sollte Granulatmaterial sein, das allgemein in einer Strahlbearbeitung benutzt wird. Zum Beispiel kann als Strahlmittel folgendes verwendet werden: eisenhaltige oder nicht-eisenhaltige Metallkugeln oder geschnittener Draht und Korn, Keramikteilchen (z. B. Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Zirkonium, etc.), Glasteilchen, Harzteilchen (z. B. Nylonharz, Melaminharz, Harnstoffharz, etc.) oder Gemüsesamenpartikel (z. B. Kastanien, Pfirsiche, etc.) und Ähnliches.
Ein Bediener zieht Handschuhe an und steckt seine Hände in den Bearbeitungsabschnitt 26, um die Düseneinrichtung 2 zu greifen. Als nächstes wird ein Fußschalter (nicht angezeigt) EIN eingeschaltet und der Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahl, der Strahlmittel enthält, wird von der Ausstoßöffnung 74 ausgestoßen. Nachdem der Bediener das Druckeinstellventil 32 bedient, um den Druck auf einen vorbestimmten Ausstoßdruck einzustellen, wird der Fußschalter auf AUS geschaltet und der Ausstoß von Strahlmittel wird gestoppt und die Hand wird aus dem Bearbeitungsabschnitt 26 entfernt.
Als nächstes wird das obere Gehäuse 14 geöffnet, nachdem der Verriegelungsverschluss 22 entriegelt wurde, und das Werkstück W wird auf der Arbeitsplatte 28 montiert, das obere Gehäuse 14 wird geschlossen und durch den Verriegelungsverschluss 22 verriegelt, um das obere Gehäuse 14 und das untere Gehäuse 16 zu befestigen.
Nachdem der Bediener das Steuerpult 30 bedient und eine Hand in den Bearbeitungsabschnitt 26 gesteckt hat, um die Düseneinrichtung 2 und das auf der Arbeitsplatte 28 montierte Werkstück W zu greifen, schaltet der Bediener den Fußschalter auf EIN, um von der Ausstoßöffnung 74 einen Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahl auszustoßen. Das Werkstück W wird strahlbearbeitet, indem der Bediener selbst das Werkstück W mittels Handschuhen bewegt. Wenn eine hohe Bearbeitungspräzision bei der Strahlbearbeitung des Werkstücks W notwendig ist, führt der Bediener die Bearbeitung aus, indem er die Düse 10 in horizontaler Richtung bewegt, während er das Werkstück W mit der Hand auf der Arbeitsplatte 28 festhält; falls eine hohe Bearbeitungspräzision nicht notwendig ist, kann der Bediener die Bearbeitung auch ausführen, indem er die Düse 10 näher hin zum oder weiter vom Werkstück W weg bewegt.
Das Granulatmaterial, welches von der Ausstoßöffnung 74 ausgestoßenes Strahlmittel enthält, wird durch die Saugkraft des Saugmechanismus 6 zum Klassiermechanismus 8 transportiert. In dem Klassiermechanismus 8 wird wiederverwertbares Strahlmittel vom Staub getrennt und das wiederverwertbare Strahlmittel sammelt sich in dem Vorratsbehälter 10 an. Das in dem Vorratsbehälter 10 angesammelte wiederverwertbare Strahlmittel wird durch den Strahlmitteltransportmechanismus 12 zur Düseneinrichtung 2 transportiert und wieder von der Ausstoßöffnung 74 ausgestoßen. Dagegen wird Staub mit geringem Gewicht zum Saugmechanismus 6 gesaugt und mit einem Auffangfilter in dem Saugmechanismus 6 eingefangen.
Nachdem der Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahl für eine vorbestimmte Zeit auf das Werkstück W geschleudert wurde, wird der Fußschalter auf AUS ausgeschaltet, der Ausstoß des Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls wird gestoppt und die Hand wird aus dem Bearbeitungsabschnitt 26 entfernt. Danach wird der Verriegelungsverschluss 22 entriegelt, das obere Gehäuse wird geöffnet und das Werkstück W wird herausgeholt. Das an dem Werkstück W anhaftende Strahlmittel und der Staub werden entfernt, wodurch die Strahlbearbeitungssequenz beendet wird.
Als nächstes werden Resultate anhand von Beispielen und von Vergleichsbeispielen erläutert, um die Wirkungen der Düseneinrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu bestätigen.
Beispiel 1
Bei einer Düseneinrichtung 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden die Folgenden jeweils variiert, um die Saugkraft an der Strahlmittelansaugöffnung 70 zu messen:

(1) das Verhältnis der Querschnittsfläche der Öffnung (S2) des Strömungsverengungsabschnitts 88 zu der Querschnittsfläche des Strömungsbegradigungsabschnitts 86 (S1) (Querschnittsflächenverhältnis S2/S1);
(2) das Verhältnis der Öffnungslänge (L2) zum Öffnungsdurchmesser (D2) des Strömungsverengungsabschnitts 88 (Strömungsverengungsabschnittsverhältnis L2/D2); und
(3) das Verhältnis der Länge (L1) des Strömungsbegradigungsabschnitts 86 zum Durchmesser (D2) des Strömungsverengungsabschnitts 88 (Strömungsbegradigungsabschnittsverhältnis L1/D2). Die Ergebnisse der Messung werden unten erläutert. In Beispiel 1 wurde als die Saugkraft der ”maximale statische Druck” gemessen, der den Maximalwert der Saugkraft an der Düsenanordnung 2 anzeigt, und der ”statische Druckfluktuationsbereich”, der die Stabilität (Grad der Pulsation) der Saugkraft anzeigt.

Der maximale statische Druck war durchschnittlich, wenn die Strahlmittelansaugöffnung 70 geschlossen war, ein Drucksensor (hergestellt von Keyence Corp.: AP-44) wurde damit verbunden und Druckluft (0,2 MPa) wurde 10 Minuten lang von der Luftdüse 62 ausgestoßen.
Auf der Seitenfläche der Strahlmittelansaugöffnung 70 wurde ein Loch gebildet, ein Drucksensor (hergestellt von Keyence Corp.: AP-44) wurde damit verbunden und eine Saugkraft wurde an der Strahlmittelansaugöffnung 70 erzeugt, während Druckluft (0,2 MPa) 10 Minuten lang von der Luftdüse 62 ausgestoßen wurde. Das Strahlmittel wurde in die Strahlmittelansaugöffnung 70 mit 1 kg/min eingeführt, um den statischen Druck zu messen, wenn es durch eine Saugkraft in die Mischkammer 68 angesaugt wurde. Dieser Messwert gibt als Prozentsatz die maximalen und minimalen Druckwerte relativ zum mittleren Druck über 10 Minuten an; dies wurde als statischer Druckfluktuationsbereich verwendet.
Messwerte sind in Tabelle 1 und 11 angezeigt. Es wurde bestätigt, dass bei einem maximalen statischen Druck von –40 kPa eine günstige Absaugung in dem Allgemeinen ohne Rücksicht auf einen Strahlmitteltyp erreicht werden konnte. Unter den Bedingungen des Beispiels 1-1 bis 1-7 wurde bestätigt, dass die Absaugung vorteilhaft erreicht werden kann. Es wurde auch bestätigt, dass, solange der Fluktuationsbereich innerhalb von ±5% liegt, keine Pulsation in dem Strahlstrom und daher keine Auswirkung auf den Grad des Finish auftritt, so dass die günstige Absaugung auch unter den Bedingungen der Beispiele 1-1 bis 1-7 erreicht werden kann.

Andererseits lagen in den Vergleichsbeispielen 1-1 bis 1-6 das Querschnittsflächenverhältnis (S2/S1), das Strömungsverengungsabschnittverhältnis (L2/D2) und das Strömungsbegradigungsabschnittsverhältnis (L1/D2) außerhalb der oben beschriebenen Bereiche, der maximale statische Druck war unzureichend oder verließ den Referenzfluktuationsbereich. Die Saugkraft war jedoch in der Lage, vorteilhaft relativ leichtes Strahlmittel anzusaugen (zum Beispiel metallisches Strahlmittel mit einer Korngröße von 100 μm oder weniger, keramisches Strahlmittel mit einer Korngröße von 200 μm oder weniger, Glasteilchen, Harzteilchen, pflanzenbasierte Teilchen, etc.). Der Fluktuationsbereich war ein Bereich, der ohne Probleme eine Bearbeitung ermöglichte, die keine strenge Kontrolle über den Grad des Finish (z. B. Entgraten, Sandentfernung aus Gussteilen, Oberflächenaufrauung, etc.) erforderlich machte. Dies legt mit anderen Worten nahe, dass das Strahlmittel günstig in einer stabilen Weise ohne Auswahl von Bedingungen eingesaugt werden kann, solange das Querschnittsflächenverhältnis (S2/S1), das Strömungsverengungsabschnittsverhältnis (L2/D2) und das Strömungsbegradigungsabschnittsverhältnis (L1/D1) innerhalb der oben beschriebenen Bereiche liegen, je nach Bedingungen kann aber auch ein Strahlbearbeitung außerhalb der oben beschriebenen Bereiche durchgeführt werden. Tabelle 1

	Bedingungen			Ergebnisse
	Querschnittsbereichsverhältnis (S2/S1)	Strömungsverengungsabschnittsverhältnis (L2/D2)	Strömungsbegradigungsabschnittsverhältnis (L1/D2)	Max. statischer Druck (kPa)	Fluktuationsbereich (%)
Beispiel 1-1	0,5	0,5	20	-50	–1,2~+2,1
Beispiel 1-2	0,1	0,5	20	–49	–1,2~+2,2
Beispiel 1-3	1,5	0,5	20	–42	–3,7~+4,0
Beispiel 1-4	0,5	0,3	20	–41	–4,0~+4,5
Beispiel 1-5	0,5	0,8	20	–40	–4,3~+4,7
Beispiel 1-6	0,5	0,5	2	–42	–3,5~+4,2
Beispiel 1-7	0,5	0,5	50	–47	–2,3~+3,5
Vergleichsbsp. 1-1	0,05	0,5	20	–24	–6,2~+9,5
Vergleichsbsp. 1-2	3,0	0,5	20	–32	–4,7~+7,0
Vergleichsbsp. 1-3	0,5	0,1	20	–27	–5,7~+8,9
Vergleichsbsp. 1-4	0,5	1,5	20	–30	–4,9~+7,8
Vergleichsbsp. 1-5	0,5	0,5	1	–28	–5,8~+8,7
Vergleichsbsp. 1-6	0,5	0,5	100	–37	–4,2~+6,2

Beispiel 2
Es werden Resultate der Strahlbearbeitung erläutert, die unter Verwendung der Düsen der Beispiele 1-1, 1-4, und 1-5 in Beispiel 1 durchgeführt wurden (unten angegeben als ”Düse A”, ”Düse B” und ”Düse C”). Eine Strahlbearbeitung wurde unter Verwendung von Aluminiumoxid-Schleifkorn als Strahlmittel (hergestellt von Shintokogio Ltd.: AF120 (durchschnittliche Korngröße 125 μm)) durchgeführt, mit einem für eine Minute lang auf das Werkstück gerichteten Ausstoß (60 × 60 × t6 mm SS400 Material). Es sei bemerkt, dass der Abstand zwischen der Ausstoßöffnung 74 und dem Werkstück W auf 100 mm eingestellt wurde und der Ausstoßdruck 0,2 bis 0,4 MPa betrug. Die Gewichte des behandelten Werkstücks W und des Werkstücks W vor der Behandlung wurden auf einer elektronischen Waage (hergestellt von A&D: GH-200) gemessen, um die Schneidmenge zu berechnen. Die gleiche Art von Behandlung und Messung wurde durchgeführt und die Schneidmenge berechnet, indem eine herkömmliche Düseneinrichtung des Saugtyps benutzt wurde (ohne den Strömungsverengungsabschnitt 88 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung). Aus diesen Schneidmengen wurde die Bearbeitungseffizienz unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet.
Formel 1:

Grad der Bearbeitungseffizienz (%) = Schneidmenge (g) durch Düse des Beispiels / Schneidmenge (g) durch Düse des Vergleichsbeispiels × 100

Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. Es wurde bestätigt, dass, wie in der Form der Beispiele 2-1 bis 2-9 gezeigt, die Bearbeitungseffizienz 100% unter allen Bedingungen übersteigt, wodurch die Bearbeitungsfähigkeit in dem Vergleich zu einer herkömmlichen Düsenanordnung verbessert wird. In der Düseneinrichtung 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung war die Verbesserung der Effizienz der Bearbeitung mit sinkendem Strahldruck deutlicher ausgeprägt. Tabelle 2

	Bedingung		Ergebnis
	Düsentyp	Strahldruck (MPa)	Bearbeitungseffizienz (%)
Beispiel 2-1	A	0,2	136
Beispiel 2-2	A	0,3	126
Beispiel 2-3	A	0,4	124
Beispiel 2-4	B	0,2	116
Beispiel 2-5	B	0,3	112
Beispiel 2-6	B	0,4	112
Beispiel 2-7	C	0,2	115
Beispiel 2-8	C	0,3	108
Beispiel 2-9	C	0,4	106

In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die Düseneinrichtung der vorliegenden Erfindung beispielhaft auf die Strahlbearbeitung angewendet, aber die Düseneinrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch auf andere Oberflächenbearbeitungs- und -behandlungsverfahren angewendet werden. Zum Beispiel kann, indem Kugeln aus Stahl oder Nichteisenmetall als Strahlmittel auf ein Werkstück geschleudert werden, das Verfahren auf ”Kugelstrahlen (shot peening)” angewendet werden zur Werkstückhärtung oder um Eigenspannungen durch plastische Verformungen des Werkstücks zu erzeugen. Als ein weiteres Beispiel kann durch das Schleudern von beschichtungsformendem granularen Material (z. B. Metalle wie etwa Zinn, Zink, Aluminium, etc., Metallverbindungen wie etwa Molybdän(IV)-sulfid, Metalloxide, etc.) auf ein Werkstück bei hoher Geschwindigkeit, eine ”beschichtungsbildend” Behandlung angewendet werden, um unter Verwendung der plastischen Verformung des granularen Materials eine Beschichtung auf dem Werkstück auszubilden.
Bezugszeichenliste

1: Strahlbearbeitungsvorrichtung
2: Düseneinrichtung
4: Gehäuse
6: Saugmechanismus
8: Klassiermechanismus
10: Vorratsbehälter
12: Strahlmitteltransportmechanismus
14: oberes Gehäuse
16: unteres Gehäuse
24: Strahlbearbeitungskammer
26: Bearbeitungsabschnitt
28: Arbeitsplatte
60: Düsenhauptkörper
62: Luftdüse
64: Düsenhalter
66: Ausstoßdüse
68: Mischkammer
70: Strahlmittelansaugöffnung
72: erster Durchgang
74: Ausstoßöffnung
76: zweiter Durchgang
78: dritter Durchgang
80: Druckluftausstoßabschnitt
82: Drucklufteinführungsabschnitt
84: Beschleunigungsabschnitt
86: Strömungsbegradigungsabschnitt
88: Strömungsverengungsabschnitt

Claims

Düseneinrichtung zur Behandlung oder Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks durch Ausstoßen eines Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls, in welchem Strahlmittel mit Druckluft gemischt ist, wobei die Düseneinrichtung umfasst: einen Düsenhauptkörper, umfassend eine Strahlmittelansaugöffnung, die konfiguriert ist, das Strahlmittel anzusaugen, und eine Ausstoßöffnung, die konfiguriert ist, das eingesaugte Strahlmittel zusammen mit der Druckluft auszustoßen; und eine Luftdüse, die konfiguriert ist, die Druckluft in den Düsenhauptkörper zu düsen bzw. auszustoßen; wobei der Düsenhauptkörper eine Mischkammer, die einen Raum bildet zum Mischen des Strahlmittels, das von der Strahlmittelansaugöffnung in den Düsenhauptkörper gesaugt wurde, mit Druckluft, die aus der Luftdüse gestoßen wurde, einen ersten Durchgang, der von der Strahlmittelansaugöffnung zur Mischkammer gerichtet ist, und einen zweiten Durchgang, der von der Mischkammer zur Ausstoßöffnung gerichtet ist, enthält; wobei die Luftdüse einen Druckluftausstoßabschnitt, der an ihrer Spitze ausgebildet ist, und einen dritten Durchgang, der zum Druckluftausstoßabschnitt gerichtet ist, aufweist, und wobei die Luftdüse so in den Düsenhauptkörper eingefügt ist, dass der dritte Durchgang auf der gleichen axialen Mitte liegt wie der zweite Durchgang des Düsenhauptkörpers und dass der Druckluftausstoßabschnitt in der Mischkammer des Düsenhauptkörpers positioniert ist; und wobei der Druckluftausstoßabschnitt der Luftdüse einen Strömungsverengungsabschnitt aufweist, der eine Öffnung aufweist, deren Querschnitt kleiner als ein Querschnitt des dritten Durchgangs ist.
Düseneinrichtung nach Anspruch 1, worin der dritte Durchgang der Luftdüse einen Strömungsbegradigungsabschnitt aufweist, der eine kontinuierliche, sich nicht ändernde Querschnittsfläche aufweist, und worin der Strömungsverengungsabschnitt über den Strömungsbegradigungsabschnitt verbunden ist, und ein Querschnittsflächenverhältnis (S2/S1), welches ein Verhältnis einer Querschnittsfläche (S2) des Strömungsverengungsabschnitts zu einer Querschnittsfläche (S1) des Strömungsbegradigungsabschnitts ist, auf 0,3 bis 0,8 eingestellt ist.
Düseneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin ein Strömungsverengungsabschnittsverhältnis (L2/D2), welches ein Verhältnis einer Länge (L2) der Öffnung zu einem Durchmesser (D2) der Öffnung in dem Strömungsverengungsabschnitt der Luftdüse ist, auf 0,1 bis 0,5 eingestellt ist.
Düseneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin ein Strömungsbegradigungsabschnittsverhältnis (L1/D1), welches ein Verhältnis einer Länge (L1) des Strömungsbegradigungsabschnitts zu einem Durchmesser (D1) des Strömungsbegradigungsabschnitts ist, auf 2 bis 50 eingestellt ist.
Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Düseneinrichtung Schleifkörner ausstößt, die als Strahlmittel in einer Strahlbearbeitungsvorrichtung benutzt werden.
Oberflächenbehandlungs- oder -bearbeitungsverfahren zur Behandlung oder Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks unter Verwendung der Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die folgenden Schritte: Eindüsen bzw. Ausstoßen von Druckluft in die Mischkammer des Düsenhauptkörpers durch die Luftdüse, und Versetzen der Mischkammer in Unterdruck; Einsaugen von Strahlmittel in die Mischkammer durch die Strahlmittelansaugöffnung des Düsenhauptkörpers unter Verwendung des Unterdrucks in der Mischkammer des Düsenhauptkörpers, und Mischen des Strahlmittels mit der Druckluft, die von der Luftdüse in die Mischkammer eingedüst wurde; Ausstoßen eines Feststoff/Gas-Zweiphasen-Strahls, in welchem das Strahlmittel mit Druckluft gemischt ist, von einer Ausstoßöffnung des Düsenhauptkörpers; und Behandeln oder Bearbeiten der Oberfläche des Werkstücks mittels einer Kollision des ausgestoßenen Strahlmittels mit der Oberfläche des Werkstücks; wobei im Schritt des Eindüsens der Druckluft mittels der Luftdüse eine Aufweitung einer Strahlströmung der Druckluft durch den Strömungsverengungsabschnitt der Luftdüse unterdrückt wird.
Oberflächenbehandlungs- oder -bearbeitungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die Strahlströmung der Druckluft, welche von der Luftdüse gedüst bzw. ausgestoßen wurde, in Richtung der Außenkante davon eine höhere Geschwindigkeit aufweist.