CN101362315A - 磨料水射流切割用喷头装置 - Google Patents

Abstract

本发明是对磨料水射流切割用喷头装置的改进，其特征是磨料供料管为分叉Y形，一分叉连接供料管，一分叉为排出单向流回流排出管。从而有效避免了无回流排出通道，造成回流通过单一磨料供料管进入磨料供料系统，使磨料供料系统失效的缺陷，大大提高了喷头使用可靠性。并且将磨料混合腔设计成中空柱状，并使水射流喷嘴、磨料混合腔、混合流喷射管直接安装于喷头体的同轴孔，不仅组成零部件少，加工量少，组合装配拆卸更换方便，而且同一轴孔不存在多轴心偏差，三者组合同轴度有保证。本发明较现有技术具有，结构简单，加工制作简便，制造成本低，使用寿命长，可靠性高，彻底解决了现有技术喷头装置，存在的回流造成磨料供料系统失效，磨料混合腔不耐磨，三者同轴度差、且调整困难的技术问题。

Description

磨料水射流切割用喷头装置

技术领域

本发明是对磨料水射流切割用喷头装置的改进，特别涉及一种能有效避免回流影响磨料供料系统的磨料水射流切割用喷头装置，以及水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管同轴度好的喷头装置。

背景技术

磨料水射流切割技术，是在纯水射流切割技术基础上发展起来，它通过高速水射流卷吸例如金刚砂、石英砂等磨料，在磨料混合腔中与水射流形成混合体，磨料被水射流加速后以混合流形式，由磨料喷射管喷射，形成高速磨料水射流。它的切割能力为纯水射流的几倍，因此磨料水射流自20世纪80年代初发明以来，被广泛应用于机械、航空、电子、汽车、船舶等领域，用于冷态高效切割钢板、石材、合金、玻璃等，尤其特别适用于热敏感材料、复合材料的切割和特殊环境(如半导体工业、核工业等)的切割作业。

磨料水射流喷头装置，是切割机最重要部分之一，直接影响切割质量和效率，而磨料供料正常与否又直接影响喷头效率。然而，由于磨料及切割撑握等因素，在实际使用中喷头的堵塞是不可避免的，喷头堵塞即产生瞬时回流。而为保证磨料的正常供料，磨料罐及供料管路的干燥是必须保证，如果磨料罐及供料管路湿化，则会造成细小磨料结块、堵塞不能正常供料，失去切割能力，必须停机清理。现有技术喷头装置上磨料供料管，均为无分叉单一径向管，这样喷头出口一旦堵塞产生回流，磨料水射流则只能由磨料供料管直接进入磨料供料系统，造成磨料供料系统受潮失效，不能正常供料，必须停机清理，因此其连续使用可靠性不高。

其次，磨料水射流喷头装置，水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管三者高同轴度，也直接影响切割能力和效率，以及喷头装置使用寿命。现有技术磨料水射流切割机喷头装置，例如专利US6012653，US 6119964，US7033256B2，CN2313709、CN1765582等，水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管，三者彼此独立，通过类似模块组装形式将其组合。如US6012653所述磨料水射流切割头，由水射流喷嘴、喷出口前端的混合腔、混合腔前端的磨料喷射管组装而成；US 6119964同样也由若干模块组合；US7033256B2也基本类似，组合件数更多；中国专利CN1765582公开的高压磨料水射流切割头，虽然采用在喷头体中轴向设置结构，但水射流喷嘴及磨料喷射管，不是直接按放于喷头体通孔中，而是通过多个中间定位件定位，因对中件数，产生同轴度误差积累，同轴度仍难以有效保障；CN2313709公开的水切割磨料射流装置，也基本类似，组合件数更多，由水喷嘴及前端设置混合空腔、挡圈、磨料喷射管、喷射管固定套等5件组成。水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管，及固定套等彼此独立，多件分体轴向组装，不可避免的积累误差，使得三者同轴度难以得到有效保障，并且由于孔径细小(孔径仅为0.25mm)，调节对中保证同轴度难度极大，并且必须控制所有零件加工尺寸，精加工制作难度十分大。如果三者孔中心不能保证高度同轴，即使微量偏差，高压(150～600Mpa)磨料水射流，会造成磨料与管壁碰撞加剧，不仅会导致磨料喷射管管壁磨损加大，造成有效使用寿命缩短，而且还会造成磨料水射流撞壁反溅，造成磨料水射流能量严重损失，导致切割能力下降；其次，现有技术的磨料混合腔结构复杂，不仅增加了加工难度，而且难以采用耐磨硬质材料制造，造成磨料混合腔不耐磨，使用寿命低，需经常更换；再就是，多件组合装配复杂，拆卸更换十分不方便，费时费工，并且随着拆装次数增加，反过来还使同轴度受到影响。

以上两大技术障碍，至今未能得到有效解决，因此仍有值得改进的地方。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种能避免回流造成磨料供料系统失效，可靠性高的磨料水射流切割用喷头装置。

本发明的另一目的在于提供一种不仅磨料混合腔结构简单，加工性及耐磨性好，而且水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管三者同轴度能得到有效保障，使用寿命长的磨料水射流切割用喷头装置。

本发明第一目的实现，主要改进是将磨料供料管设计成有分叉的Y形，两分叉，一分叉连接供料管，一分叉为排出单向流回流排出管。当喷头堵塞出现回流时，可以通过此排出单向流的回流排出管排出，避免了回流无另排通道进入供料系统(供料管路及磨料罐)，从而保证了磨料供料系统在任何情况下的干燥，提高了喷头工作可靠性。具体说，本发明磨料水射流切割用喷头装置，包括前后组装的水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管，及径向设置的磨料供料管，其特征在于所说磨料供料管为分叉Y形，一分叉连接供料管，一分叉为排出单向流回流排出管。

本发明所述排出单向流，是指回流排出管仅能单向导通排出，例如可以是在回流排出口设置转动盖，通过吸料负压使转动盖闭合，回流排料时冲开转动盖排料；或者是在回流排出管上设置单向止回阀。

为有利于回流排料顺畅，回流排出管与喷头体轴向夹角，较好是大于115度，同时考虑到供料管的安装位置，大的可以到125度，即回流叉管与喷头体轴向夹角，较好为115-125度。此外，为可靠避免回流进入磨料供料管，磨料供料叉管与喷头体夹角应大于回流排出管设置，供料管与回流排出管夹角较好大于25度，例如25—35度。此外，一种更好是回流排出管内径宜大于供料管，这样大孔径回流排出管加上顺畅的排料角度，可以确保回流不会进入磨料供料管。但实用新型所说角度范围，并不是精确值，而是一种比较优选值，只要在安装位置允许范围内，角度可以改变，但一个原则是应避免回流进入供料管。

本发明第二目的实现，其特征在于将磨料混合腔设计为中空柱状，采用水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管三者直接插设固定于喷头体同一轴孔。此结构确保三者孔中心的高度同轴，克服现有技术多件模块式组装的不足。

本发明所述喷头体同一轴孔，为有利于装配及确保装配精度，一种较好是采用轴向孔径不同的阶梯孔结构，例如按与射流同向，按放三件孔逐渐变小，这样可以从后端逐件插放。为提高轴向同轴度精度，一种较好是将水射流喷嘴外形制成锥形，同时将喷头体插放水射流喷嘴部位也加工成与之同形锥面，通过锥面轴向压紧提高喷嘴装配同轴度，并且锥面配合结构还具有较好的组合密封作用。

中空柱状磨料混合腔，柱体外形可以采用多边形，也可以采用圆形，为简化喷头体上按放孔的加工，实用新型中空柱状磨料混合腔，较好采用圆柱环体。并为提高组合同轴精度，一种较好是使圆柱环磨料混合腔与插入孔呈紧配合，这样可以减少装配误差所造成的偏差。所说磨料混合腔，可以采用耐磨性好的硬质合金粉末冶金压制成型、烧结制作；也可以采用耐磨性好的硬质合金加工制作，例如空心摸拉制，或其他加工方法制作。

此外，为方便磨料混合腔及磨料喷射管的更换，一种较好是采用两端分别插入安装结构，例如采用喷头体阶梯轴向通孔，按射流方向径向加大的孔结构，再在喷头体前端同轴螺接一喷头套，定位紧固磨料喷射管。此二端安装结构，更有利于安装。磨料喷射管较好是在其外周设置一可变形锥形环套，例如硬质橡胶锥套，尼龙锥套，通过二件螺接组装压紧挤压锥面定心抱紧。

本发明磨料水射流切割用喷头装置，由于将径向单一磨料供料管采用分叉的Y形，一分叉作为回流排出管，为喷头回流提供了回流旁路通道，有效避免了无回流排出通道，造成回流通过单一磨料供料管进入磨料供料系统，使磨料供料系统失效的缺陷，大大提高了喷头使用可靠性。其次，由于将磨料混合腔设计成中空柱状，并使水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管直接安装于喷头体的同轴孔，不仅组成零部件少，加工量少，组合装配拆卸更换方便，而且同一轴孔不存在多轴心偏差，三者组合同轴度有保证，所得喷头水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管同轴度好；三件两端辅以锥面压紧配合，中间磨料混合腔与轴孔采用紧配合，不仅更是确保了三者孔的同轴度，而且装配、拆卸更换方便。磨料混合腔采用中空柱体，结构简单，不仅降低了加工制作难度，加工成本也大大降低，而且形状简单可以采用耐磨性好的材料制作，从而保证了磨料混合腔的高耐磨性。三件无另行固定套同轴孔安装，由于无另行配合件，多次更换也不会影响三者同轴度。本发明较现有技术具有，结构简单，加工制作简便，制造成本低，使用寿命长，可靠性高，并且彻底解决了现有技术磨料喷头装置，存在的磨料混合腔不耐磨，三者同轴度差、且调整困难，回流造成磨料供料系统失效技术问题。

以下结合二个优先具体实施方式，进一步示例性说明本发明，但实施例给出的具体细节，不应理解为对本发明的限定，一些在技术人看来非实质性等同替换，仍属本发明保护范围。

附图说明

图1为本发明第一实施例结构示意图。

图2为本发明第二实施例结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参见图1，本发明磨料水射流切割用喷头装置，包括由轴向有通孔的喷头体2，与轴向有通孔的喷头套3二件螺纹连接组合。喷头体2轴向通孔通过镗孔加工，成二段直径不同的台阶结构，上部压入磨料混合腔模块6，模块前端加工有锥环腔，放置锥形水射流喷嘴1，下部通过二固定套10放置有磨料喷射管4。喷头套3轴向通孔也呈大小不同台阶结构，中部加工有锥面腔，放置有定位、抱紧磨料喷射管4抱紧尼龙锥环5。磨料混合腔模块径向连接有带分叉的Y形管，其中Y一分叉7连接供料管，另一分叉为回流排出管8，回流排出管未端有可转动翻盖9。其中回流排出管与喷头体轴向夹角为120度，磨料供料管与回流排出管夹角为30度，磨料供料管径5-6mm，回流排出管径6-8毫米。将喷头体2与喷头套3螺接压紧、组合。

实施例2：参见图2，如前述，喷头体2轴向通孔通过镗孔加工，成四段直径逐渐加大的台阶结构，分别为水射流喷嘴段、磨料进料段、磨料混合腔段、磨料喷射管段，其中放置水射流喷嘴段为与外表锥形喷嘴1同锥面的锥形腔，磨料混合腔段孔中紧配合压合有硬质合金钢制作的圆柱环磨料混合腔11，磨料混合腔进口端有60度倒角，内孔为4-8毫米圆形直孔，磨料喷射管段配合插入磨料喷射管4；喷头套3轴向通孔也呈大小不同台阶结构，中部加工有锥面腔，放置有定位、抱紧磨料喷射管抱紧尼龙锥环5。

使用一段时间，当磨料混合腔、磨料喷射管磨损，松开螺接的喷头体2和喷头套3，顶推退出磨料混合腔11，更换新的磨料混合腔、磨料喷射管，螺接旋紧。

此外，回流排出管转动翻盖，还可采用单向止回阀。

Claims (13)

1.磨料水射流切割用喷头装置，包括前后组装的水射流喷嘴、磨料混合腔、混合流喷射管，及径向设置的磨料供料管，其特征在于磨料供料管为分叉Y形，一分叉连接供料管，一分叉为排出单向流回流排出管。

2.根据权利要求1所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于回流排出管与喷头体轴向夹角为115-125度。

3.根据权利要求2所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于磨料供料叉管与喷头体夹角大于回流排出管与喷头体夹角。

4.根据权利要求3所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于磨料供料管与回流排出管夹角为25—35度。

5.根据权利要求1、2、3或4所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于回流排出管内径大于磨料供料管内径。

6.根据权利要求1、2、3或4所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于磨料混合腔为中空柱状，水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管三者直接插设固定于喷头体同一轴孔。

7.根据权利要求5所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于磨料混合腔为中空柱状，水射流喷嘴、磨料混合腔、磨料喷射管三者直接插设固定于喷头体同一轴孔。

8.根据权利要求6所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于喷头体轴向孔为直径不同的阶梯孔。

9.根据权利要求8所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于喷头体前端螺接有喷头套。

10.根据权利要求6所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于所说水射流喷嘴外表为锥形，喷头体轴孔插放水射流喷嘴为与喷嘴外表同锥面。

11.根据权利要求6所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于磨料混合腔为圆柱环体。

12.根据权利要求11所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于磨料混合腔与喷头体插入孔呈紧配合。

13.根据权利要求9、10、11或12所述磨料水射流切割用喷头装置，其特征在于磨料喷射管外周有可变形锥环套，喷头套孔中有与之同形锥面，通过喷头套与喷头体组装压紧使锥环套变形抱紧磨料喷射管。

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