CN104625067A - 一种磨料水喷嘴加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磨料水喷嘴加工工艺，包括以下几个步骤：步骤一，按配比将钴Co，碳C，钨W金属粉末称好并搅拌均匀成为硬质合金粉末；步骤二，在弹性橡胶管内中心轴线处设置硬态弹簧钢丝，并沿着钢丝圆周方向涂覆一层蜡模；步骤三，在弹性橡胶管外壁套置不锈钢套，且不锈钢套径向加工有若干通孔；步骤四，将选好成份的硬质合金粉末装入到弹性橡胶管内，并捣实，捣实后将弹性橡胶管两端通过橡胶塞封堵；步骤五，进行冷等静压成型处理；步骤六，把冷等静压成型后的素坯连同弹簧钢丝从橡胶管中取出，然后对素坯进行低温预烧结，待硬态弹簧钢丝外壁蜡膜熔化后取出弹簧钢丝；步骤七，对磨料水喷嘴进行真空烧结加工。

Description

一种磨料水喷嘴加工工艺

技术领域

本发明涉及高压磨料水射流(AWJ)切割加工领域，特别涉及一种磨料水喷嘴的加工工艺。

背景技术

磨料水喷嘴是高压磨料水射流设备的关键部件之一。它的切割性能和使用寿命对高压磨料水射流的切割效率和经济效益影响很大。长期以来高压磨料水射流喷嘴一直困扰着我国的水射流界，至今为止，切割用磨料水喷嘴的设计及使用寿命仍未达到满意的程度。如何选择合适的磨料水喷嘴材料和加工工艺方法，也是至今尚未解决的关键技术问题。研制出性能良好、材料适宜的磨料水喷嘴，将极大地提高射流切割效率、切割质量和延长喷嘴寿命，从而使高压磨料水射流技术得到广泛应用，一直为亟待解决的问题。

在磨料水射流切割过程中，喷嘴起着重要的作用。根据加工需要可以把高压变成高速，这种转换过程的效率和切割自身质量倚赖于磨料水喷嘴的设计。它的使用性能和使用寿命对高压磨料水射流的切割效率、切割质量和经济效益影响很大。目前，国内一些企业所用的磨料水喷嘴主要是从国外进口的。大多数磨料水射流切割加工中最常用的磨料水喷嘴直径是0.7～1.2mm，长度是55～75mm。进口的磨料水喷嘴很贵，根据牌子不同，典型的磨料水喷嘴，其价格在200到400美元，成本非常高。

在国内对磨料水喷嘴的现有研究。例如：中国发明专利申请号CN102363285A公开了一种磨料水射流切割喷头装置；中国发明专利申请号CN1765582 A公开了一种高压磨料水射流切割头装置及混合管；中国发明专利申请号CN102225535A公开了一种磨料水射流用准矩形磨料水喷嘴；中国发明专利申请号CN104070461公开了一种磨料水射流切割喷嘴等等。但上述的研究主要集中在优化磨料水喷嘴的结构；减少磨损；改进安装方法，防止射流堵塞等方面。

目前磨料水喷嘴材质构成成份及成型制造工艺过程等技术领域在国内还是空白。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种磨料水喷嘴的加工工艺。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

一种磨料水喷嘴加工工艺，包括以下几个步骤：

步骤一，将金属粉末按配比钴Co(2～4)％，碳C(7～9)％，钨W(87～91)％称好并搅拌均匀成为硬质合金粉；

步骤二，在弹性橡胶管内中心轴线处设置一直径为(0.6～0.8)mm的硬态弹簧钢丝，并沿着硬态弹簧钢丝圆周方向涂覆一层厚度为(0.1～0.2)mm的蜡模；

步骤三，在弹性橡胶管外壁套置不锈钢套，且不锈钢套径向加工有若干通孔；其中，不锈钢套主要用于防止装填好素坯的弯曲；通孔均匀分布在不锈钢套外表面，在冷等静压加工时，通孔可以使素坯受力均匀。

步骤四，将选好成份的硬质合金粉末装入到弹性橡胶管内，并捣实，捣实后将弹性橡胶管两端通过橡胶塞封堵；其中两橡胶塞位于弹性橡胶管内部相向端面与捣实后硬质合金粉形成表面紧密贴合挤压；

步骤五，进行冷等静压成型加工；

步骤六，把冷等静压成型后的素坯连同硬态弹簧钢丝从橡胶管中取出，然后对成型后的素坯进行低温预烧结，待硬态弹簧钢丝外壁蜡膜熔化后取出弹簧钢丝；预烧结温度为800℃—900℃，加压200MPa，保温1小时；

步骤七，对磨料水喷嘴进行真空烧结加工；其中，烧结温度选用1400℃，保温时间选用60分钟。

作为优选，其中硬态弹簧钢丝两端轴向伸出于两橡胶塞封堵，主要方便硬态弹簧钢丝的取出。

其中，冷等静压成型后的硬质合金粉凝结体为素坯。

采用上述技术方案的本发明，提供一种新的磨料水喷嘴的加工工艺，其目的在于加工出硬度高、耐磨性好、低成本、寿命长的磨料水喷嘴。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

本发明共1幅附图,其中：

图1为本发明的进行冷等静压成型处理前剖面结构示意图。

图中：1、硬质合金粉末，2、弹性橡胶管，3、不锈钢套，4、橡胶塞，5、硬态弹簧钢丝，6、通孔，7、蜡膜。

具体实施方式

一种磨料水喷嘴加工工艺，包括以下几个步骤：

步骤一，将金属粉按配比钴Co(2～4)％，碳C(7～9)％，钨W(87～91)％称好并搅拌均匀成为硬质合金粉1；其中择优选择配比为；钴Co3％，碳C8％，钨W89％；

步骤二，在弹性橡胶管2内中心轴线处设置一直径为(0.6～0.8)mm的硬态弹簧钢丝5，并沿着硬态弹簧钢丝5圆周方向涂覆一层厚度为(0.1～0.2)mm的蜡模7；

步骤三，在弹性橡胶管2外壁套置不锈钢套3，且不锈钢套3径向加工有若干通孔6；其中，不锈钢套3主要用于防止装填好素坯的弯曲；通孔均匀分布在不锈钢套3外表面，在冷等静压加工时，通孔可以使素坯受力均匀。

步骤四，将选好成份的硬质合金粉1装入到弹性橡胶管2内，并捣实，捣实后将弹性橡胶管2两端通过橡胶塞4封堵；其中两橡胶塞4位于弹性橡胶管2内部相向端面与捣实后硬质合金粉1形成表面紧密贴合挤压，如图1所示；

步骤五，进行冷等静压成型处理；

步骤六，把成冷等静压成型后的素坯连同硬态弹簧钢丝从橡胶管中取出，然后对成型后的素坯进行低温预烧结，待硬态弹簧钢丝外壁蜡膜熔化后取出弹簧钢丝；预烧结温度为800℃～900℃，加压200MPa，保温1小时；

步骤七，对磨料水喷嘴进行真空烧结加工；其中，烧结温度选用1400℃，保温时间选用60分钟。

作为优选，其中硬态弹簧钢丝两端轴向伸出于两橡胶塞封堵，主要方便硬态弹簧钢丝的取出。

采用上述技术方案的本发明，本发明的目的是：选择合适的构成磨料水喷嘴成份的硬质合金粉末材料；自制模具；采用特殊的成型工艺制造磨料水喷嘴。

磨料水喷嘴的结构十分简单，基本上由两段构成，即锥状入口和柱状出口。但不同材料和加工工艺的喷嘴，它的使用寿命却有极大区别。

磨料水喷嘴由于受到高速磨料粒子的冲刷，其磨损很严重，因此选材十分重要。要求喷嘴材料必须具有高硬度、高耐磨性，两者缺一不可。

钴基的硬质合金碳化钨(WC)硬度高，耐磨性好。从喷嘴使用及加工工艺性综合考虑选用含钴的碳化钨(WC—Co)系硬质合金是合适的。钴(Co)对硬质相碳化钨(WC)有良好的润湿性和粘接性，以及碳C，钨W在钴Co里有好的溶解性，因而使含钴的碳化钨(WC—Co)系硬质合金具有高硬度、高耐磨性和高强度。但在含钴碳化钨(WC—Go)系硬质合金中，碳化钨(WC)作为主要耐磨相，以颗粒形式存在，而钴Co只是作为粘合剂。这种软金属粘合剂显然对其耐磨性有很大影响。因此一般钴Co的含量限制在6％以下。根据高压磨料水喷嘴的工作特性，并对原料成本及加工的难易程度进行了综合分析。经过实验选用含钴量为3％的碳化钨(WC)硬质合金。其成分为钴Co(2～4)％，碳C(7～9)％，钨W(87～91)％。

对于一般形状的硬质合金制品均采用压模压制方法。由于磨料水喷嘴外径Φ(7.2～8)mm，内径Φ(0.7～1.2)mm，长(70～76)mm，属于细长制品。若采用压模压制成型法，不仅需要吨位大，结构复杂的压力机和特殊的模具，而且所压制的素坯密度分布不均，从而素坯在烧制成品后极易产生弯曲变形。因此，我们自制模具如图1所示，采用冷等静压法(CIP)制作磨料水喷嘴；冷等静压法(CIP)制作步骤如下：

将装好粉料的模具置于冷等静压机密闭的缸体内。用高压泵将锭子油打入缸体，压力通过油液介质在各个方向均衡地施加到粉末素坯上，实现硬质合金冷等静压成型。该方法的优点是混合料无需加入成型剂即可有足够的强度，压坯密度分布均匀，内应力小，不易产生分层。冷等静压成型的压力对制品的性能有很大的影响。硬质合金的性能随着成型压力升高而升高。在压制的初始阶段，颗粒之间的“拱桥”破坏、颗粒位移、填充空隙、并达到了最大的充填密度。素坯的体积减小，密度迅速增加。随着压力的继续的增加，大量宏观孔隙被填充，并达到了最大充填密度。在此阶段内，粉末体内出现一定的压缩阻力，继续增大压力时，素坯的密度提高得不明显。当压力继续增大，超过粉末材料的临界应力时，粉末颗粒开始变形或断裂。由于位移和变形同时起作用，因此，素坯密度又随之增大。

把成型后的素坯连同弹簧钢丝从橡胶管中取出，并对其进行预烧结。预烧结温度为800℃～900℃，加压200MPa，保温1小时，蜡模熔化，取出弹簧钢丝。

磨料水喷嘴上有细长内孔，在自制模具上安装硬态弹簧钢丝，并在其上涂覆蜡模。

烧结前，先进行低温预烧结，以便熔蜡取出弹簧钢丝，形成磨料水喷嘴内孔。

烧结是喷嘴制造过程中最重要的工序之一。

烧结的目的是使制品强化并达到最终要求的性能。

烧结采用真空烧结，其优点在于：1、由于真空烧结较好地除掉粉末表面的氧化膜，改善了碳化钨同粘结相钴的润湿性，从而促进了烧结过程。加速了合金收缩速度。2、提高了合金的纯度，增加合金韧性和强度。

一般来说，提高烧结温度，制品的收缩率增大，密度增加。

在一定范围内，烧结温度越高，原子扩散能力越强，可加速烧结致密化过程，并对合金的各种性能发生显著影响。随着烧结温度的升高，合金的密度、强度、晶粒度增大，而孔隙度和电阻率减小。但并不是温度无限增加，产品性能会越来越好，实验表明烧结温度在1400℃时，该合金硬度和抗弯强度达到最佳值。

在一定的烧结温度下，烧结时间越长，合金性能越高。但时间的影响远不如温度那么显著，仅在烧结保温的初期，合金的密度随时间变化较快，随后逐渐趋向平缓。因此选择保温时间为60分钟。

该合金的烧结过程是典型的液相烧结过程。虽然钴Co的熔点为1490℃，但在成型压力为200MPa时，在烧结温度(1400℃)下，出现钴Co液相。其过程如下：开始加热时，由于合金中粘结金属尚未达到熔点，所以此时进行无液相烧结(如固相扩散)。随着温度的升高，碳化钨逐渐溶解到固体钴中，形成固溶体。当固溶体的成分达到共晶溶化温度时，固溶体为碳化钨所饱和，在烧结体中开始出现共晶成分的液相。随着时间的延长，全部固溶体变为液相，烧结体将由尚未熔解的碳化钨晶粒和共晶成分的液体钴相构成，继续升高温度并在1400℃，保温1小时，则碳化钨晶粒继续溶解于液相中，直到液相与大量过剩的碳化钨固相之间建立平衡为止。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种磨料水喷嘴加工工艺，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一，将金属粉按配比钴Co(2～4)％，碳C(7～9)％，钨W(87～91)％称好并搅拌均匀成为硬质合金粉；

步骤二，在弹性橡胶管内中心轴线处设置一直径为(0.6～0.8)mm的硬态弹簧钢丝，并沿着硬态弹簧钢丝圆周方向涂覆一层厚度为(0.1～0.2)mm的蜡模；

步骤三，在弹性橡胶管外壁套置不锈钢套，且不锈钢套径向加工有若干通孔；

步骤四，将选好成份的硬质合金粉末装入到弹性橡胶管内，并捣实，捣实后将弹性橡胶管两端通过橡胶塞封堵；其中两橡胶塞位于弹性橡胶管内部相向端面与捣实后硬质合金粉形成表面紧密贴合挤压；

步骤五，进行冷等静压成型处理；

步骤六，把冷等静压成型后的素坯连同硬态弹簧钢丝从橡胶管中取出，然后对素坯进行低温预烧结，待硬态弹簧钢丝外壁蜡膜熔化后取出弹簧钢丝；

步骤七，对磨料水喷嘴进行真空烧结加工。

2.根据权利要求1所述的一种磨料水喷嘴加工工艺，其特征在于：其中硬态弹簧钢丝两端轴向伸出于两橡胶塞封堵。

3.根据权利要求1所述的一种磨料水喷嘴加工工艺，其特征在于：不锈钢套径向加工有若干通孔。

4.根据权利要求1所述的一种磨料水喷嘴加工工艺，其特征在于：其中步骤七中烧结温度选用1400℃，保温时间选用60分钟。

5.根据权利要求1所述的一种磨料水喷嘴加工工艺，其特征在于：预烧结温度为800℃—900℃，加压200MPa，保温1小时，蜡模熔化，取出弹簧钢丝。