CN1006870B - 高速流体喷射流的消能方法和其专用容器 - Google Patents

Abstract

一种用于喷流切削系统的消能容器。容器中有一定量的悬体在里面循环，以消耗至少相当大量的喷流的动能，并设有当在喷流冲撞的磨损作用下悬体量碱少时，可自动维持悬体的有效量的装置。悬体的有效量最好由用于进料的装置维持，该装置有排出端位于容器内，以有效地控制悬体的量。在切削过程中，通过设置维持悬体的有效量的装置，容器可以制成紧凑尺寸，当与喷嘴连接作协调动作时，可提高容器的操纵性能。

Description

本发明有关喷流切削系统，具体有关与这种系统有关的消能方法和容器。

利用高速喷流切削在本技术领域中已属熟知。典型的方法是迫使诸如水之类的流体，在3，792巴压力下，从直径为0.076至0.76毫米的宝石喷咀中喷出，产生达到三倍音速的喷流。这样产生的喷流可用于切削各种金属和非金属材料，诸如钢，铝，纸，橡胶，塑料，刻夫勒塑料（kevlar），石墨和食物。

为提高喷流的切削力，在喷流中加磨蚀材料，产生所谓的“磨料喷流”。磨料喷流用于有效切削特硬材料中的许多材料，诸如工具钢，防弹钢板，某些陶瓷，防弹玻璃，以至软材料如铅等。典型的磨蚀材料包括金刚砂，硅及铝氧化物，砂粒尺寸从36号到120号。在本文中，“喷流”一词一般指含磨料或无磨料的喷流。

喷流一旦通过工件，必须有办法吸收其高能。不仅人或设备万一被喷流冲击会发生危险，而且形成喷流的流体也必须收集，作适当处理。

因此，喷流切削系统带有一个消能容器以容纳高速喷流。例如，美国专利第2，985，050及3，212，378号中公开了一种盛水或其他流体的接收槽，流体下面有橡胶，或氯丁橡胶或其他弹性体材料制成的弹性垫。槽的每一侧上设有喷射轨道，将喷水在液体表面上向下引导，覆盖切割液的蒸汽，防止蒸汽在切削机械的区域中散布。

美国专利第3，730，040号公开了一种消能容器，容器的底部有一个淬火钢的缓冲块，在容器顶部，与工件紧邻有一个截头圆锥形挡板。喷 流从容器中的液体中通过进入容器，液体吸收喷流的部分能量。然后喷流冲撞容器底里的钢块。挡板的方向据称可防声波，喷流和蒸汽从进口倒流。

在美国专利第4，112，797号中介绍了一种消能容器，是盛有液体的底槽，液体中放有金属丝团，最底部在底板上则堆放有卵石或钢球。

本技术领域中已知的消能容器或接收器，存在两个基本的问题。首先，传统的接收器，尤其用于磨料喷流的，承受过大的磨损，要求相当贵的耐磨元件。由于喷流的切削力，这种元件还有相当短的使用寿命。

其次，迄今，接收器的壳体都很大并很贵，既因为制造所用的金属的质和量。要求有厚金属壁，保证防御喷流的穿透，尤其在使用磨料喷流时。而且，传统的接收器在喷流方向上很长，以便提供通过容器内部的足够长的消能路线，例如，典型传统接收器在喷流前进的方向上，长度达到914.4毫米。

由于许多缘故，要求使用尺寸紧凑的接收器。在有些应用中，接收器和喷咀连接，动作和工作协调。尺寸紧凑的接收器要求和屏障之间的间隙小，因此在应用中较灵活。此外，紧凑的接收器质量小，更适合于手持喷流切削器，因而在切削作业中可用手动操作喷咀和接收器。

因此，本发明针对的是在紧凑的容器中对高速喷流消能的方法和装置。消能容器有一个主体，其中有一内腔和一个接受高速喷流的孔。腔中有一定量的悬体，在腔内对应喷流的冲击而循环。当喷流穿透悬体堆，且至少有一部分悬体在消能流体中悬浮时，至少吸收冲击喷流的相当大一部分的能量。悬体与喷流有关的损耗，使截面减小时，且相应减低悬体的有效体积时，用一根例如插管将新悬体送进腔中，插管排出端伸进悬体堆中，堆中的悬体不足便造成循环悬体堆中的一个或多个悬体容纳空间，新悬体可自动补充，进入内腔。

容器还有将腔中的消能流体和悬体的废料排出，而将悬体保留在内 的装置。

关于本发明的上述以及其他细节，从下文关于理想实施方案的说明便可了解，下列各图即为说明的一部分;

图1为本发明的消能容器的透视图;该容器安装在流体喷咀上随之活动;

图2为本发明的消能容器的内外构件的示意透视图;

图3为本发明的消能容器的另一实施方案的概略剖视图。

首先参看图1，所示喷流切削系统有一个喷咀50，用于产生高速喷流52。流体典型为水，或水/磨料混合物。将流体在约2，068-3，792巴压力下，强迫通过直径0.076～0.76毫米的宝石喷咀，产生的喷流速度达到音速的三倍。

消能容器10通过装置11与喷咀50连接，随之活动。将喷流52水平射向夹在喷咀50和容器10之间的一块片状材料（图未示），使材料被喷流52穿透。喷咀50和容器10相对于材料活动，切缝随喷咀的活动方向延伸，或和材料活动相反的方向延伸，依情况需要而定。

在切削过程中，喷流52穿过材料，进入消能容器10。在实际中，喷流可以被材料折向，弯折的方向与切缝的方向相反。因而从材料后面出来的折向喷流的路线如图1中用虚线58所示。消能容器10用于立刻接受从工件中穿出的喷流，使其动能被吸收。

图2示出本发明的消能容器10，其内部构件用虚线表示。容器10有一个小不锈钢盒，约为101.6毫米宽，101.6毫米高，76毫米深。在前表面12的下部，大致在宽度的中点处，形成一个十字形喷流接受槽14。槽14位于四块硬质合金块16之间，合金块用诸如银焊等方法焊在容器的外部。槽14的十字形状可适应沿水平或垂直方向切割时喷流的各种偏折。槽的高度和宽度略大于25.4毫米。

槽14的形成可以推迟到容器10在现场安装以后。在安装后用喷流冲 击并切割在硬质合金块之间露出的不锈钢材料。较硬的硬质合金块可以保护其下面的不锈钢材料，使之不受冲击和切割作用。

容器10的内部，充填直径为6.35毫米的钢球，充填高度达到89毫米。为清晰起见，球18在图2中仅作象征性表示。为防钢球生锈或互相粘连，最好使用不锈钢。

不锈钢进口管20直径为25.4毫米，从容器10顶部的后上角穿入。管20的排出端20a，向钢球18堆中伸入38毫米。如下文所述，在切削过程中，插管20中充填钢球，以补充容器内的钢球。

第一硬质合金块22，每边约长44.5毫米，固定在容器10的内后壁24上，在槽14后面与槽14正对。有两根出口管26，28穿过容器10相对的两侧壁30，32。用真空泵（图未示）方便地通过出口管抽吸成4980-5478帕（pascal）的真空。约25.4毫米宽，1.6毫厚的第二硬质合金块23，固定在容器腔的底部，从槽14到第一合金块22，沿容器的整个底部伸延。

操作时，喷流52通过槽14进入容器10，和钢球18相遇，使钢球产生循环活动。钢球通过其活动，吸收喷流的大部分动能，喷流的其余能量都在硬质合金块22上消散。当向上切割时，会使一个突然向下的折向喷流进入容器，下硬质合金块23用于消散冲击容器腔表面的喷流的全部剩余能量。

进口喷流的消能流体，从出口管26，28被抽出，其速度使流体可在容器10中有一些积存。钢球18被冲击时受到磨蚀及相互磨损。当尺寸减小到最低可用极限以下时，可利用适当的过滤器使之从出口管26，28排出，例如如滤网（图未示）滤网将其余钢球保留在容器10中。

从进口管20可以向容器供给新钢球，更换被磨料喷流磨坏的钢球。该补充过程一般可自动控制。钢球18磨损时其体积变小，于是钢球从进口管20的排出端20a被吸入到钢球的循环流中去。虽然对自动控制过程的具体原因没有能充分了解，但似乎是因为循环球的量不足时，在循环 流中造成容球空间。当新球进入循环流中时，循环速度下降，直到排出端20a处的速度接近零，使之不再有新球进入循环流。

自控现象的有效性，除取决于排出端20a的正确位置外，还决定于容器腔中球18的高度。上述球的高度在钢球循环数分钟后测量。停止喷流然后作测量。

由于上述容器有自控特点，所以可提出一种非常紧凑的设计，允许随后循环球18迅速磨蚀。由于有自控的补球特点，切削作业不致在补充钢球时停顿。

虽然安装时可使容器10的上下表面基本水平，但有几个理由以容器倾斜于水平面为佳。例如，喷流的轴线方向可能需要不是水平的。此外，可能要求在容器10的全部寿命中，将未用完的喷流部分喷向硬质合金耐磨板22的不同部位。在实践中发现，所示容器可从水平面倾斜30°，而不影响上述的自动补充的特点。超过30度时球的循环便似乎受影响，补球特点可靠性下降。

图3为本发明的另一实施方案，其容器有自动补球的特点，用于接受大致垂直的喷流。图示的容器50有不锈钢圆筒，内径114毫米，高165毫米。进口管52和圆筒倾斜30-45度，其中线在离圆筒顶38毫米处与圆筒相交。

管52的排出端52a最好与本身的轴线垂直，因而与圆筒50的轴线倾斜。循环球堆的充填高度刚超过排出端52a的上边缘54。排出端52a的下边缘55，和圆筒50的内壁平。

有一个出口导管56从圆筒50的底部伸出，排出废喷流的积存流体。

在两实施方案中都发现，钢球高度对容器的正确运转很重要。如高度过高，球便不能旋转，而喷流最终把喷流路线中的钢球击穿。相反，如高度太低，球便很快分散，使喷流在其间通过。

假如将进口管的排出端放在容器中正确高度上，便可保持球的正确 高度，而与进口管的总高度无关。

虽然上面的叙述中已详细介绍了本发明，使熟悉本技术领域者可以实施本发明。但应理解，该叙述仅属举例说明，对于熟悉本技术领域者，藉助本说明的解说，显然可作出许多修改和变化。因此，本发明仅以后附的权利要求书定界，而权利要求书应依据先有技术领域的允许范围，从广义解释。

Claims (12)

1、在喷流切削作业中，一种使喷流在一个消能容器中消能的方法，该方法包括如下步骤：

a)在紧凑容器的一侧上设置一个喷流接受孔；

b)在容器腔内大致充满悬体，当喷流进入孔后，悬体在里面循环；

c)从腔中排出已消能的流体；

其特征是还包括下一个步骤：

d)在切削过程中向容器供给悬体，当容器中悬体有消耗时，维持悬体的有效量。

2、一种用于接受高速流体喷射流的消能容器，该容器有一个能接收高速流体喷射流腔室的本体，腔室内充填有悬浮其中的吸能悬体，本体上置有接收喷射流进入腔室的接收孔和使被消能的喷射流从腔室排出的导管，其特征是配置在本体上的悬体进口管与悬浮有悬体的腔室连通，以便因腔室内的悬体受喷射流冲击而磨损时，自动补入所需的悬体量。

3、根据权利要求2所述的消能容器，其特征是上述自动补入所需的悬体的装置有一个进口管，其排出端伸进悬体堆中的一个位置上，其中悬体量的不足，会造成循环悬体堆中一个或数个悬体容纳空间。

4、根据权利要求3所述的消能容器，其特征是进口管和容器本体轴线成30-45度配置。

5、根据权利要求4所述的消能容器，其特征是上述进口管其中心线离本体顶部38毫米处与本体相交。

6、根据权利要求2所述的消能容器，其特征是还包括有将该容器定向的装置，以使接收喷流的孔位于可接收与水平面成30度角的喷流的位置。

7、根据权利要求2所述的消能容器，其特征为该接受孔为槽形，当喷流从工件中通过时，槽孔可允许喷流偏折。

8、根据权利要求3所述的消能容器，其特征为悬体包括有大致的球形件，其直径约为6.35毫米。

9、根据权利要求2所述的消能容器，其特征为进口管的直径约为25.4毫米。

10、根据权利要求2所述的消能容器，其特征为悬体用钢制造。

11、根据权利要求2所述的消能容器，其特征为悬体包括有大致的球形件，其直径约为6.35毫米。

12、根据权利要求2所述的消能容器，其特征为还包括有可消耗的表面件，用一部分悬体把它和孔隔开，其设置为使未消能喷流与之冲撞。

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