CN1034328A - 用于高速流体喷射的能量耗散接受器 - Google Patents

Abstract

一个流体喷射切割系统，包括一沿轴向位于工件 下端的高密度多孔结构，并具有一紧邻所述工件的接 收射流入口。许多一次性悬胶体装在高密度多孔结 构内，所述的悬胶体中至少有大部分的外径比所述孔 的直径大。位于多孔结构附近的收集装置收集和消 除从多孔结构中排出的物质。

Description

这个发明涉及流体喷射切割系统，特别涉及与这个系统相联的能量耗散接受器。

以高速流体喷射的方式进行切割是众所周知的技术。典型的是一种如水之类的流体在每平方英寸55，000磅的压力下，通过一直径为0.003-0.030英寸的宝石喷嘴，产生速度高于三倍音速的射流。所产生的射流能用于切割各种各样的金属和非金属，比如钢、铝、纸张、橡胶、塑料、Kevlar、硬物和食品等。

为了提高流体喷射的切割能力，向射流中加入磨料，因而产生了一种所谓“磨料喷射”。磨料喷射可用于精确且准确地切割各种各样超硬材料，比如工具钢、装甲板、特种陶瓷和防弹玻璃以及如铅之类的特种软材料。典型的磨料包括具有粒度为36^＃至120^＃的金刚砂、二氧化硅和氧化铝。在此处，使用的流体喷射这个词一般意味着流体喷射和磨料喷射。

典型的流体喷射切割系统包括：一个用于产生轴向高速切割射流的喷嘴，所述的射流由流体形成;和用于在喷嘴的轴向下端定位被所述射流切割的工件的装置。

一旦这些高能流体喷射流通过工件后，必须以某种方式加以吸收。不仅这些射流有偶然喷到人或设备上的危险，而且形成射流的流体也应收集备用。因此，流体喷射切割系统附带包括一能量耗散接受器用于接收从工件穿过之后的高速射流流体。例如，美国专利第2，985，050号和3，212，378号公开了一种置于橡胶、人造橡胶或其它弹性材料的弹性垫上的盛有水或其它液体的接受桶。射流轨迹位于盛水接受桶的每个侧面，射流直接向下通过液面以消除切割流体的蒸汽并防止其散落在切割机上。

美国专利第3，730，040号公开了一种能量吸收接受器，包括一个位于该接受器底部的硬质钢阻止块，和一个位于该接受器顶部紧邻工件排列的园锥载体挡板。射流进入接受器并通过盛于接受器中的液体而被吸收掉部分能量。随后射流撞击到位于接受器底部的钢阻止块上，为了防止声音、射流和蒸汽再从入口溢出，要求挡板定向。

美国专利第4，669，229号公开了一种能量耗散接受器，其内腔具有基本上沿射流方向汇集的侧壁。射流撞击多个位于腔内的环流悬胶体上，以此耗损射流的动能。美国专利第4，669，229号转让给了本发明的受让人，其内容作为对比文献而被结合。

上述所有接受器都具有共同的某些设计标准。第一，必须提供用于从接受器中清除废流体，切割材料（在磨料喷射切割系统中）的装置。第二，接受器入口最好包括一耐磨垫套，而不考虑附加成本。第三，切割工件后的射流，通过空气产生的相当大的噪音，必须通过减小切割材料和接受器的能量耗散内腔之间的开口空间而减小。对于本领域的技术人员可以理解，当能量耗散内腔与工件间直接接触时，噪音可减至最小。

本文中所描述的流体喷射切割系统包括一沿轴向位于工件下端的高密度多孔结构，并具有一紧邻所述工件的接收射流入口。许多一次性悬胶体装在高密度多孔结构内，所述悬胶体至少有大部分的外径比所述孔的直径大。位于多孔结构附近的收集装置收集和清除从多孔结构中排出的物质。

上述本发明以及其许多优点，将通过下面附图和优选实施例的描述进行说明。

图1是一幅前视等轴剖视图，简略地表示了根据本发明的能量耗散接受器和工件支承台结构;

图2是一幅部分剖开的正视图，简略地表示了根据本发明的能量耗散接受器结构;

图3是一幅部分剖开的正视图，简略地表示了图1所示接受器的修改实施例;

图4是一幅等轴视图，简图地表示了根据本发明的能量耗散接受器结构的替换实施例;

图5是一幅等轴视图，简略地表示了图4所示实施例的修改。

首先参照图1，该等轴剖视图简略地表示了一个能量耗散接受器10，包括：一高密度多孔结构12，一支承结构14和一水槽16。支承结构14的顶部由平板盖板18封盖。一个射流接收通孔20在盖板18上形成，以允许流体喷射射流在通过工件之后穿过通孔20进入多孔结构12。

能量耗散接受器邻近工件支承台22。工件支承台22的工件支承表面通常包括一尺寸恰好可环绕盖板18的凹槽24。盖板18最好与支承台的支承面在同一水平面内，但是也可以根据被切割工件的特征稍高或稍低。盖板18的高低可以通过位于盖板18和支承结构14之间的垫片很容易地调节。本领域的技术人员可以认识到，支承台22也可由辊子23或其它装置整体形成，用于提供工件在具有很小摩擦力的支承台上的滑动。

水槽16位于支承结构14内，用于在切割工件时收集从多孔结构12排出的水、切割材料和任何磨料。收集的物料通常被从水槽中泵到沉淀箱中，而水被再循环到射流形成的喷嘴处，或如下所述，水作为冷却液返回到多孔结构12中。

图2是一幅部分剖开的正视图，简略地表示了多孔结构12。如图2所示，盖板18一般包括环颈32，从盖板18的下面向下突出。

多孔结构12最好由柔软的或很有韧性的Kevlar网套28形成，但是也可由任意适合的纺织品或金属类似的网套形成的多孔结构来替换。通过一个紧固带30把网套材料28上边缘紧固在盖板18下面下突的环颈32上，而把网套材料28悬挂在盖板18上。

网套材料最好各个方向都很有韧性。用对照的方法，可以想象网套很象中世纪骑士穿的链环式服装。当用Kevlar或其它适当的纤维制造时，网套很象窗帘。不论哪种情况，该结构在所有方向都是高韧性的。

网套材料28内层基本上由一悬胶34的衬填充。当射流通过盖板18上的孔20进入网套结构12时，射流碰到悬胶衬上。当射流撞击悬胶衬时，射流的大部分能量被消耗，而其余的流体通过网套材料的多孔被下面的水槽16收集。

当悬胶被冲击射流耗损后，最终这些悬胶将变得足够小以至能够通过网套材料排出，由此为提供的新悬胶腾出空间。在实践中，人们发现，原始直径接近8毫米的球环形悬胶体工作最令人满意。人们还发现，应用的网套材料，其孔的尺寸大约是悬胶直径的1/2，这样又可以在悬胶被冲击射流充分耗损之前，防止悬胶从网套中漏出。当悬胶耗损到其原始直径的一半尺寸并通过网套进入水槽时，通过盖板上的开口可方便地提供新的悬胶。

当射流进入并通过衬时，射流趋向于把悬胶推离其原位。因此，通过衬的被打开的通道必须加以封闭。网套结构相对于悬胶衬向内推，从而抵消了冲击射流把悬胶推离原位的趋势。这个向内的作用力是由衬的重量相对于悬胶结构12的底部下压而产生的。向下的作用力使得网套结构的侧面绷紧，从而向衬的侧边施加向内的力。因为其余的流体和废料能够自由地通过网套材料清除，冲刷作用的结果防止了磨料或其它材料在悬胶衬内或相对接受器内胶结块。

还可看到，优选实施例包括的网套材料是非自支撑型的，当填入了悬胶并在盖板上悬挂的时候，网套材料形成了“泪滴”形。因为当射流穿入悬胶衬时会扩散开，所以网套材料12的相当宽阔的底部增加了射流的耗散。

根据优选实施例的另一个特征，网套材料可以变形以增加悬胶衬的密度或向悬胶衬施加作用力使其向上定位靠在盖板18的下面。因此，在图2中示意地说明了用于压缩网套结构内腔体积的装置36，它包括一个相对网套结构12底部向上运动的实体块。由于减小了网套结构12的内腔体积，其中的悬胶更加紧密地堆叠在一起。这样，在切割操作时，如果耗损的悬胶已从网套材料中排出且悬胶的替换不实用或不理想时，则有可能保持悬胶衬的密度。

如上所述，网套内腔体积的压缩也可用作减小噪音的方法。因为当射流穿过工件后进入空气时产生相当大的噪音，故减小工件与悬胶衬之间的开口空间则可减小噪音。因此，上述的网套内腔体积的压缩能对悬胶衬产生向上的作用力，使其上端面靠在盖板18的下面，从而消除了工件与悬胶衬之间的自由空气间隙。

由于当悬胶在耗散流体射流的能量时会变热，因此最好在切割操作时向悬胶衬输入冷却水。一个穿孔的冷却管38置于环颈32直径内侧环绕着网套容器12的上端部。在切割操作过程中，冷却管38与冷却液源，如：剩余射流直接排入的沉淀桶联通，而使相对地较冷的液体配给悬胶衬。

在实践中，人们发现网套结构的高度为80毫米至200毫米比较合适。为了避免斜射射流对网套材料和冷却管产生危险，环颈32内径最好不小于60毫米。

如图3所示，通过提供一向下的散射槽，使盖板18改进以防止射流的反溅射。所述向下的散射槽通常是能使射流进入网套结构12的锥形入口。

上述实施例适用于射流相对于能量耗散接受器保持不动的情况，而一个替换实施例能用于所谓“X-Y”切割系统，在该系统中喷嘴相对于接受器运动。这类切割系统能够在两个相垂直的方向切割工件，所述的两个垂直方向与射流运动轴正交。如图4所示，两个切割方向一般分别对应着“X”方向和“Y”方向。

本领域的技术人员可知，用于“X-Y”切割系统中的能量耗散接受器能在喷嘴两个方向中的一个方向上随喷嘴运动，当喷嘴在两个方向中的第二个方向中相对接受器运动时，接受器正配置在收集流体射流的状态。在图4说明的实施例中，接受器随喷嘴沿X方向运动，同时适应喷嘴在Y方向的相应运动。

网套结构42紧固在具有一个横向射流调节槽46的盖板44上。当喷嘴沿Y方向运动时，槽46允许射流进入网套结构内。

如图4所示，一般长方形的网套材料可在Y方向伸长的盖板44的底面紧固。结果网套结构横截面一般呈“U”形，但最好如前面图中所示的泪滴形。

网套结构的相对端部48由具有所要求的截面形状的多孔端板50封闭。由于端板使结构产生刚度而阻碍了网套的道路终结效应，所以端板50最好不要在离最近的切割点约25厘米以内定位。图中所说明的实施例提供了与图2中所示实施例相同的特征和优点。此外，图4中所示实施例又可以如图5所示那样进行改进，即提供一与图3中入口40相似的向下倾斜入口。

虽然以上说明已包括能使本领域技术人员实施本发明的详细信息，但人们仍可认识到这些说明是解说性的。对于本领域技术人员来说，利用这些原理对本发明进行各种改进和变化是显而易见的。此外，通过所述权利要求对本发明进行的完全限定，以及根据先有技术所允许的对权利要求所做的尽可能宽的解释，均属于本发明的保护范围。

Claims (18)

1、一种典型的流体喷射切割系统包括：

用于产生轴向高速切割的射流的喷嘴装置，所述的射流是由流体形成的；

用于把被所述射流切割的工件定位于所述喷嘴装置轴向下端的装置；

定位于所述工件轴向下端并带有紧靠所述的工件位置的射流接收入口的高密度多孔容器；

许多位于所述容器内的悬胶体，这些悬胶体至少有大部分的外径比所述多孔容器的孔直径大；

位于所述容器附近的收集装置，用于收集和清除通过多孔体从所述容器中排出的物质。

2、如权利要求1所述的流体喷射切割系统，其特征在于：所述容器的至少一部分为网套形式，该网套至少限定了一部分多孔体。

3、如权利要求2所述的流体喷射切割系统，其特征在于：每个孔的最大直径大约是新悬胶体直径的一半。

4、如权利要求3所述的流体喷射切割系统，其特征在于：每个孔的最大直径约是4毫米。

5、如权利要求2所述的流体喷射切割系统，其特征在于：所述的网套是由韧性材料制成的。

6、如权利要求5所述的流体喷射切割系统，其特征在于：所述的网套是由非自支撑网状材料制成的，因此通过所述的容器内容纳的悬胶体保持容器的一定形状。

7、如权利要求5或6所述的流体喷射切割系统，其特征在于：所述的材料是Kevlar。

8、如权利要求1，2，5或6所述的流体喷射切割系统，其特征在于：所述的悬胶容纳容器具有基本上为球形的截面。

9、如权利要求6所述的流体喷射切割系统，包括用于在切割操作过程中，压缩所述容器的容积以保持位于容器内的悬胶体有致密度的装置。

10、如权利要求6所述的流体喷射切割系统，包括用于压缩所述容器的下部以保持悬胶体上部紧贴住工件的射流排出面的装置。

11、一种用于流体喷射切割系统的能量耗散接受器包括：

一高密度多孔容器;

许多位于所述容器中的悬胶体，所述的悬胶体中至少有大部分的外径大于多孔容器孔的直径;

位于所述的容器附近的收集装置，用于收集和清除通过多孔体从所述容器中排出的物质。

12、如权利要求11所述的接受器，其特征在于：所述容器的至少一部分为网套形式，该网套至少限定了一部分多孔体。

13、如权利要求12所述的接受器，其特征在于：每个孔的最大直径大约是新悬胶体直径的一半。

14、如权利要求13所述的接受器，其特征在于：每个孔的最大直径大约4毫米。

15、如权利要求12所述的接受器，其特征在于：所述的网套是由韧性材料制成的。

16、如权利要求15所述的接受器，其特征在于：所述的网套是由非自支撑网状材料制成的，因此通过所述的容器内容纳的悬胶体保持容器的一定形状。

17、如权利要求15或16所述的接受器，其特征在于：所述的材料是Kevlar。

18、如权利要求11、12、15或16所述的接受器，其特征在于：所述的悬胶容纳容器基本为球形的截面。

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