專利名稱：高壓磨料水射流切割頭裝置及混合管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超高壓磨料水射流切割技術(shù)領(lǐng)域，特指高壓磨料水射流切割噴嘴及混合管。此種類型切割噴嘴裝置廣泛用于機(jī)械，電子，航空，醫(yī)療，船舶，農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，用于高速切割較厚的鋼板，石料，合金，布匹，塑料等，特別可用于對(duì)熱敏感的特殊材料的切割和特殊環(huán)境的作業(yè)，如水下切割，核工業(yè)。其發(fā)熱少，切縫小，切深大，無噪音等環(huán)境污染。
背景技術(shù)：
磨料水射流切割是20世紀(jì)70年代剛剛發(fā)芽的一項(xiàng)切割技術(shù)，1983年美國(guó)人發(fā)明了首臺(tái)磨料水射流切割機(jī)。眾所周知，將石英砂，金剛砂，或者其他磨料加入到水射流中去，會(huì)產(chǎn)生更大的切割力，增強(qiáng)切割效果。整個(gè)切割系統(tǒng)中(包括供水系統(tǒng)，增壓系統(tǒng)，切割頭，收集器，控制系統(tǒng))，影響切割質(zhì)量和切割效率的最重要的部分就是切割頭部分，在超高壓水射流切割過程中，特別是加工精度要求非常高時(shí)，切割頭裝置對(duì)水射流，混合管，噴嘴頭的同軸度要求更高，同軸度差時(shí)，會(huì)使管壁磨損加大，能量損失加大，磨粒與管壁的碰撞加劇，產(chǎn)生回流現(xiàn)象。目前國(guó)內(nèi)解決這些問題的技術(shù)領(lǐng)域還是空白，國(guó)外切割頭也存在三大問題1，整個(gè)切割噴嘴裝置沒有很高的同軸度。2，混合管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗能量大。3，混合管中心軸線校準(zhǔn)很難，拆卸替換不方便。比如，專利號(hào)為us6119964，us6012653，us5527204，us2176577，等等提到的磨料水射流切割噴嘴和混合管都存在著以上缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外的切割頭普遍存在的問題，即同軸度不高，能量損耗大，拆卸不方便等缺陷。
一種高壓磨料水射流切割頭裝置，主要由噴嘴體、切割頭，噴嘴頭，噴嘴頭基座，混合管組成。改進(jìn)了噴嘴頭下部的噴嘴頭基座部分，混合腔位置，混合管形狀，以及瑣緊方式，其特征在于在噴嘴體和切割頭連接處設(shè)計(jì)了兩個(gè)導(dǎo)向面；增加了錐形開口鋼套，錐形開口鋼套位于擰緊螺栓和混合管之間；噴嘴頭基座下部為錐形體，錐形體夾角α角為55°～80°之間，與切割頭內(nèi)壁相配合；混合腔位于噴嘴頭基座內(nèi)部；在噴嘴頭基座側(cè)面有磨料入口通道，入口通道的軸線與噴嘴體的內(nèi)部軸線成45°到60°的角度，磨料入口通道與磨料入口頭相連，二者因銷定位，切割頭的外斜面與磨料入口通道軸線成垂直關(guān)系。
本發(fā)明還列舉出幾種形式的混合管，有矩形混合管和偏心混合管，便于不同生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)要求的需求。替換方便，節(jié)省時(shí)間，效率也很高，切割工件質(zhì)量也很好。
一種矩形混合管，其特征在于矩形截面的長(zhǎng)寬比在2∶1～2.5∶1之間一種偏心混合管，其特征在于射流通道的偏斜角度在2°到8°之間。


圖1本高壓磨料水射流切割頭裝置的整體剖視2噴嘴基座剖視3外周圓是弧形體的噴嘴頭圖4外周圓是斜坡形體的噴嘴頭圖5噴嘴體剖視6切割頭的剖視7和圖8分別是截面為圓形直通道的混合管9，圖10和圖11分別是截面為矩形的混合管圖示圖12，圖13和圖14為截面是偏心圓通道的混合管。
1噴嘴體；2切割頭；3螺紋；4鍵槽；5銷；6磨料入口頭；7鍵槽；8磨料入口通道；9磨料入口通道；10密封圈；11錐形開口鋼套；12擰緊螺栓；13混合管；14混合管通道；15出口；16第一導(dǎo)向面；17第二導(dǎo)向面；18噴嘴頭；19噴嘴頭基座；20螺紋；21水射流通道；22水射流如口；23銷；24基座下腔內(nèi)表面；25基座下腔；26密封鋼圈；27基座上部槽內(nèi)圓壁；28通氣孔；29混合腔；30基座通道上口；31螺紋；32鍵槽；33通氣孔；34錐形面
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是將噴嘴頭基座(19)先插入切割頭(2)，由基座(19)下端錐形體與切割頭(2)的錐形面(34)相接觸，并且(51)和(52)長(zhǎng)度的比值在0.2～0.47之間，加上基座(19)外周表面與切割頭內(nèi)表面配合保證固定效果；通過鍵槽(4)和銷(23)固定圓周方向的自由度，以基座(19)上的通孔(28)與切割頭上的通孔(33)是否正對(duì)來確定基座的定位效果。
將噴嘴體(1)插入切割頭(2)內(nèi)，由螺紋(3)擰緊，由兩個(gè)導(dǎo)向面來使噴嘴體(1)的內(nèi)管軸線與噴嘴頭(18)的通道上口(30)的軸線在同一直線上。并由噴嘴體(1)來頂住基座(19)使其軸向自由度受到限制。
噴嘴頭(18)由密封鋼圈(26)固定。
混合管(13)插入基座下腔(25)，由密封圈(10)作用來防止泄漏；由錐形開口鋼套(11)頂住密封圈(10)，下部由錐形擰緊螺栓(12)依靠螺紋(20)固定混合管(13)。
切割頭(2)外周圍放置磨料入口頭(6)處，磨料入口通道(8)的軸線與噴嘴體(2)的內(nèi)部軸線成50°的角度，切割頭(2)的外斜面與磨料入口通道(8)軸線成垂直關(guān)系，便于磨料入口頭(6)的固定，比如可在外部設(shè)計(jì)螺栓鎖緊機(jī)構(gòu)。
水射流從噴嘴體的水射流通道進(jìn)入，經(jīng)噴嘴頭(18)加速與磨粒在混合腔混合，進(jìn)入混合管對(duì)磨粒進(jìn)行加速，可以達(dá)到超音速切割的效果。因?yàn)橥S度較高，可以進(jìn)行超精密切割。
目前，二相流體切割領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的就是圖7和圖8圓形非偏心混合管。此管加工簡(jiǎn)便，射流穩(wěn)定，但是從能量損失角度看，用矩形管射流混合管更能減少能量的消耗，而切割質(zhì)量和切割速度，切深毫不遜色與圓形射流混合管。
從能量消耗的角度看待切割過程，經(jīng)過理論分析，得出不同形狀的混合管的能量損耗是不同的，這里給出一種新型混合管，即矩形混合管。理想中的矩形混合管其收斂面類似于外圓內(nèi)方(長(zhǎng)方形)的特殊曲面，其制造工藝復(fù)雜，此處用錐形收斂形式，如圖9，10和11。實(shí)驗(yàn)用混合管孔當(dāng)量直徑取2種d1＝1.30mm，d2＝1.42mm，每種當(dāng)量直徑又包括一種圓混合管和4種不同長(zhǎng)寬比的矩形混合管，共10種規(guī)格，長(zhǎng)寬比為2.0∶1，2.5∶1，3.0∶1，3.5∶1，矩形混合管進(jìn)給方向是沿著矩形截面長(zhǎng)方形的長(zhǎng)度方向進(jìn)給的。
以下是對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1是射流的出口寬度，切縫寬度和切割深度表可以看出采用矩形混合管能量可節(jié)約10％～20％左右，采用長(zhǎng)寬比為2.0∶

1～2.5∶1范圍的混合管時(shí)，射流結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性，切割綜合性能較好。
圖12，13，14是偏心混合管，雖然其軸線偏心，會(huì)損失能量，但是可以使混合流中集中在混合管內(nèi)壁的磨粒再次與混合流混合，使磨粒再次加速，達(dá)到更為均勻的混合流，切割效果更好。
權(quán)利要求
1.一種高壓磨料水射流切割頭裝置，主要由噴嘴體(1)、切割頭(2)，噴嘴頭(18)，噴嘴頭基座(19)，混合管(13)組成，其特征在于增加了錐形開口鋼套(11)，錐形開口鋼套位于擰緊螺栓(12)和混合管(13)之間；噴嘴頭基座(19)下部為錐形體，錐形體夾角α角為55°～80°之間，與切割頭(2)內(nèi)壁相配合，混合腔(29)位于噴嘴頭基座(19)內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種高壓磨料水射流切割頭裝置，其特征在于在噴嘴體(1)和切割頭(2)連接處設(shè)計(jì)了兩個(gè)導(dǎo)向面(16)(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種高壓磨料水射流切割頭裝置，其特征在于在噴嘴頭基座(18)側(cè)面有磨料入口通道(8)，入口通道(8)的軸線與噴嘴體(1)的內(nèi)部軸線成45°到60°的角度，磨料入口通道(8)與磨料入口頭(6)相連，二者因銷定位，切割頭(2)的外斜面與磨料入口通道(8)軸線成垂直關(guān)系。
4.一種用于高壓磨料水射流切割頭的矩形混合管，其特征在于矩形截面的長(zhǎng)寬比在2∶1～2.5∶1之間。
5.一種用于高壓磨料水射流切割頭的偏心混合管，其特征在于射流通道的偏斜角度在2°到8°之間。
全文摘要
本發(fā)明是基于現(xiàn)有磨料水射流切割噴嘴基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)出更高效的切割噴嘴和混合管。本發(fā)明在噴嘴頭基座內(nèi)部設(shè)置混合腔，并在噴嘴頭基座下端設(shè)計(jì)出圓錐體，另外在切割頭上有出兩個(gè)導(dǎo)向面，保證噴嘴體，噴嘴頭及基座的同軸度，加上混合管下端的錐形鎖緊機(jī)構(gòu)，方便于調(diào)節(jié)使混合管與噴嘴頭成同軸關(guān)系，具有更高的同軸度，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明使用這樣的噴嘴和混合管拆卸方便，經(jīng)濟(jì)，可以節(jié)省10％～20％的能量消耗，切割效率高，質(zhì)量好，切速快，割縫小，發(fā)熱少，切深大等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B24C5/00GK1765582SQ200510094608
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者王霄, 劉會(huì)霞, 丁圣銀 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)