CN206425984U - 一种用于水射流加工的喷嘴及包含该喷嘴的多相水射流加工喷头装置 - Google Patents

Abstract

一种用于水射流加工的喷嘴及包含该喷嘴的多相水射流加工喷头装置，包括依次相接注入段、过渡段和扩散段；注入段内开设依次相接的圆柱通道A、圆台通道A；过渡段内开设依次相接的圆柱通道B、圆台通道B；扩散段内开设依次相接的圆柱通道C、圆台扩散通道；圆台通道B的直径从和圆柱通道B相接之处到和圆柱通道C的相接之处递减，圆锥扩散通道的直径从和圆柱通道B相接之处到喷嘴出口处递增。一种的多相水射流加工喷头装置，包括喷嘴和加砂管道，加砂管道内设有相通的用于加入磨料的磨料通道和用于通入水流的水流通道；喷嘴安装在加砂管道上。本实用新型具有稳定水射流、增加水射流的连续长度、提高切割效率、质量等优点。本实用新型属于水射流切割技术领域。

Description

一种用于水射流加工的喷嘴及包含该喷嘴的多相水射流加工 喷头装置

技术领域

本实用新型属于水射流切割技术领域，尤其涉及一种用于水射流加工的喷嘴及包含该喷嘴的多相水射流加工喷头装置。

背景技术

水射流切割属于冷却切割，在切割过程中产生的热量很少，并且热量很快被流水带走，所以不会造成工件切口附近的材料氧化、金像组织发生变化，也不会使工件发生变形，同时也避免了某些材料有害物质的挥发，所以在某些领域被广泛运用。多相水射流切割技术，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。众所周知，水切割设备被广泛用于各种软硬质材料的切割中，且用途越来越广。在对金属等硬质材料进行切割时，为了提高切割效率，必须向高压水中加入石榴石等磨料，使磨料在高压水射流的带动下快速冲击被切材料表面辅助切割。

目前国内外超高压水射流切割加工技术蓬勃发展和该技术的诸多优点，然而国内的超高压液压元件相对匮乏，多相水射流加工喷嘴的内部轮廓参数的优劣直接关系到整个喷嘴系统的加工质量的高低。如今工业中用的喷嘴的流道大多都是直线型的，主要有平直型喷嘴、锥形喷嘴和锥直型喷嘴这三种。但是，这些类型的喷嘴线形单一，喷嘴的流道对射流的阻力较大，而且射流的集束性和稳定性都比较差，射流的中心的动压力值较小，轴向速度的衰减也较快；因此，传统线性的喷嘴的能量消耗大，效率低，而且加工精度不高。并且射流对喷嘴的流道以及喷嘴的出口磨损比较严重。而在多相水射流切割装置中，喷嘴是切割机最重要部分之一，直接影响切割质量、效率和可靠性。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种能增强水射流的集束性、稳定性且能减小沿程阻力的用于水射流加工的喷嘴；本实用新型的另一目的是提供一种提高切割效率、提升切割质量的包含上述喷嘴的多相水射流加工喷头装置。

一种用于水射流加工的喷嘴，包括依次相接注入段、过渡段和扩散段；注入段内开设依次相接的圆柱通道A、圆台通道A；过渡段内开设依次相接的圆柱通道B、圆台通道B；扩散段内开设依次相接的圆柱通道C、圆台扩散通道；所有通道在相接之处的端面均重合，圆台通道A的直径从和圆柱通道A相接之处到和圆柱通道B的相接之处递减，圆台通道B的直径从和圆柱通道B相接之处到和圆柱通道C的相接之处递减，圆锥扩散通道的直径从和圆柱通道B相接之处到喷嘴出口处递增。

作为一种优选，圆柱通道A的直径为7至9毫米，圆台通道A的锥角度为50至70度。所述锥角度为锥角的度数，所述锥角是指圆锥的轴截面(经过圆锥的轴的截面)的两条母线之间的角。

作为一种优选，圆柱通道B的直径为0.7至0.9毫米，圆台通道B的锥角度为36至44度。

作为一种优选，圆柱通道C的直径为0.5至0.55毫米，圆台扩散通道的锥角度为28至32度，且圆台扩散通道的锥角方向与圆台通道A、圆台通道B的锥角方向相反。

一种包含上述喷嘴的多相水射流加工喷头装置，包括喷嘴和加砂管道，加砂管道内设有相通的用于加入磨料的磨料通道和用于通入水流的水流通道；喷嘴安装在加砂管道上，喷嘴的圆柱通道A和加砂管道的水流通道相通。

作为一种优选，还包括连接箱、悬臂梁和滑动卡架，滑动卡架一端安装在悬臂梁上且沿着悬臂梁方向滑动，连接箱安装在滑动卡架的另一端，加砂管道安装在连接箱上。

作为一种优选，连接箱为圆筒状，一端设有圆环，加砂管道通过圆环安装在连接箱上，在连接箱的圆筒壁上用螺栓和螺母将连接箱固定在滑动卡架上。

作为一种优选，悬臂梁为开设有长方体形通道的长方体，长方体的长大于宽、高，长方体形通道贯穿由宽、高构成的一对平行平面的两端，其他四面的任一面设为导轨面，导轨面上开设有供滑动卡架滑动的轨道。

作为一种优选，滑动卡架包括依次相接的竖挡一、横挡、竖挡二，横挡和竖挡一、竖挡二均垂直，横挡的长度和导轨面的宽度相等；安装后的滑动卡架，竖挡一安装在导轨面上，横挡恰好覆盖悬臂梁上和导轨面垂直的一面，竖挡二的一端覆盖悬臂梁上和导轨面平行的一面，横挡恰好覆盖在悬臂梁导轨面上，竖挡二的一端及竖挡一均安装在和导轨面垂直的一对平行平面上，竖挡二的另一端安装连接箱。

作为一种优选，加砂管道的一端设有容纳喷嘴注入段一端的凹槽，且通过若干螺钉将喷嘴固定加砂管道的凹槽处。

本实用新型的原理：磨料通道入口加入的磨料，在磨料通道和水流通道相通之处和水流混合后成为多相水流，多相水流沿着水流通道继续流动，并进入安装在加砂管道上的喷嘴，多相水流依次流过喷嘴的注入段、过渡段、扩散段，当多相水流经过过渡段，紊乱的水射流一定程度上稳定下来，降低了紊流形态；当多相水流经过扩散段，喷嘴出口处的附壁现象减少，射流的稳定性增强，射流的连续长度增加；从而在喷嘴出口处形成用于切割的稳定、连续的水射流。

悬臂梁安装固定后，安装在悬臂梁上的滑动卡架可以在导轨面上滑动。安装在连接箱上的加砂管道能随着滑动卡架在悬臂梁方向移动，安装在加砂管道上的喷嘴也能随着滑动卡架在悬臂梁方向移动；从而，水射流能随着滑动卡架在悬臂梁方向移动，在待切割工件上切割出线型，完成切割工作。

本实用新型具有如下优点：(1)喷嘴过渡段的设计，对多相水流起到稳定作用，从而使紊乱的多相水流一定程度上稳定下来，降低了紊流形态。(2)扩散段的设计，在喷嘴出口处为发散角，即由圆柱通道C至喷嘴出口处，圆台扩散通道的直径递增，这能够减少喷嘴的出口处的附壁现象，使得水射流的稳定性增强，水射流的连续长度增加，从而形成更稳定、连续的水流。(3)通过对注入段、过渡段和扩散段的设计，喷嘴中的流道对多相水流的阻力减小，增强了多相水流的集束性和稳定性，优化了性能，提高了效率。(4)加砂管道设有相通的水流通道和磨料通道，因此，形成多相水流经喷嘴形成多相水射流作用于待切割产品，切割力度及效果更好。(5)悬臂梁上设有供滑动卡架滑动的导轨，因此喷头装置能够沿着悬臂梁滑动，水射流能够沿一定方向移动，从而在切割作业时可以根据需求切割出所需要的线型；并且，移动的水射流能够在待切割产品多个位置施加切割力，更快速地完成切割作业。

附图说明

图1为包含用于水射流加工的喷嘴的多相水射流加工喷头装置的结构示意图。

图2为包含用于水射流加工的喷嘴的多相水射流加工喷头装置的左视图。

图3为用于水射流加工的喷嘴的前视图。

图4为用于水射流加工的喷嘴的结构示意图。

图5为图4中上端的放大示意图。

图6为滑动卡架示意图。

其中，1为滑动卡架，2为悬臂梁，3为螺母，4为弹簧垫圈，5为连接箱，6为螺栓，7为加砂管道，8为喷嘴，9为长方体形通道，10为水流通道，11为磨料通道，12注入段，13为过渡段，14为扩散段，15为圆柱通道A，16为圆台通道A，17为圆柱通道B，18为圆柱通道C，19为圆台通道B，20为圆台扩散通道，21为竖挡一，22为横挡，23为竖挡二。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的具体说明。

实施例一：

一种用于水射流加工的喷嘴，包括依次相接注入段、过渡段和扩散段；注入段内开设依次相接的圆柱通道A、圆台通道A；过渡段内开设依次相接的圆柱通道B、圆台通道B；扩散段内开设依次相接的圆柱通道C、圆台扩散通道；所有通道在相接之处的端面均重合，圆台通道A的直径从和圆柱通道A相接之处到和圆柱通道B的相接之处递减，圆台通道B的直径从和圆柱通道B相接之处到和圆柱通道C的相接之处递减，圆锥扩散通道的直径从和圆柱通道B相接之处到喷嘴出口处递增。水流依次流过相通的圆柱通道A、圆台通道A、圆柱通道B、圆台通道B、圆台通道B、圆柱通道C、圆台扩散通道，最后从出口射出。所述喷嘴为带有锥度的圆台体，各通道开设在喷嘴中心，通道相连贯通喷嘴的两端。

本实施例中，圆柱通道A的直径为8毫米，圆台通道A的锥角度为60度；圆柱通道B的直径为0.8毫米，圆台通道B的锥角度为40度；圆柱通道C的直径为0.53毫米，圆台扩散通道的锥角度为30度，且圆台扩散通道的锥角方向与圆台通道A、圆台通道B的锥角方向相反。因此，喷嘴出口处的直径比圆柱通道C的直径大。从圆柱通道A至圆柱通道C，喷嘴中心处的通道直径不断在缩小，至圆台扩散通道时，为减少喷嘴的出口处的附壁现象，使得射流的稳定性增强，射流的连续长度增加，将圆台扩散通道设计为发散角，即从圆柱通道C至出口，喷嘴通道的直径在增加。

实施例二：

一种多相水射流加工喷头装置，包括实施例一所述喷嘴和加砂管道；包括喷嘴和加砂管道，加砂管道内设有相通的用于加入磨料的磨料通道和用于通入水流的水流通道；喷嘴安装在加砂管道上，喷嘴的圆柱通道A和加砂管道的水流通道相通。由磨料通道加入的磨料在磨料通道和水流通道的相接处和水流混合后沿着水流通道进入喷嘴。

本实施例中，还包括连接箱、悬臂梁和滑动卡架，滑动卡架一端安装在悬臂梁上且沿着悬臂梁方向滑动，连接箱安装在滑动卡架的另一端，加砂管道安装在连接箱上。

连接箱为圆筒状，一端设有圆环，加砂管道通过圆环安装在连接箱上，在连接箱的圆筒壁上用螺栓和螺母、弹簧垫圈将连接箱固定在滑动卡架上。

悬臂梁为开设有长方体形通道的长方体，长方体的长大于宽、高，长方体形通道贯穿由宽、高构成的一对平行平面的两端，其他四面的任一面设为导轨面，导轨面上开设有供滑动卡架滑动的轨道。悬臂梁为具有长、宽、高的长方体，其中，长大于宽，长大于高，在宽、高构成的一对平行面上开设贯穿的长方体形通道，在其他四个面中任选一个开设导轨作为导轨面，导轨面上设有供滑动卡架滑动的轨道。所述导轨为在导轨面上开设矩形凹槽，凹槽沿着长方体形通道的方向的两侧安装有限位板，限位板能将在凹槽中滑动的物体限制在凹槽中滑动。本实施例中，导轨面上开设有两条矩形凹槽。

滑动卡架包括依次相接的竖挡一、横挡、竖挡二，横挡和竖挡一、竖挡二均垂直；安装后的滑动卡架，竖挡一安装在导轨面上，横挡恰好覆盖悬臂梁上和导轨面垂直的一面，竖挡二的一端覆盖悬臂梁上和导轨面平行的一面，竖挡二的另一端安装连接箱。竖挡一的内侧设有“⊥”滑块两个，横挡通过“⊥”滑块安装在导轨面上，并通过滑块在矩形凹槽中滑动，从而带动安装在滑动卡架上的组件的滑动。

加砂管道的一端设有容纳喷嘴注入段一端的凹槽，且通过若干螺钉将喷嘴固定加砂管道的凹槽处。加砂管道为圆柱状，其一端开设有伸入连接箱和连接箱的圆环相匹配的台阶，另一端设有凹槽，凹槽的大小、形状与喷嘴用于安装在加砂管道的一端相适应。水流通道开设在加砂管道的中心部位，且贯穿加砂管道的两端，水流通道的直径和喷嘴的圆柱通道A的直径相同。在加砂管道的圆柱面上开设磨料通道，磨料通道一端伸出加砂管道的圆柱面，磨料通道另一端和水流通道相通。磨料通道位于加砂管道两端的中间位置处。

除了本实施例提及的方式外，上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水射流加工的喷嘴，其特征在于：包括依次相接注入段、过渡段和扩散段；注入段内开设依次相接的圆柱通道A、圆台通道A；过渡段内开设依次相接的圆柱通道B、圆台通道B；扩散段内开设依次相接的圆柱通道C、圆台扩散通道；所有通道在相接之处的端面均重合，圆台通道A的直径从和圆柱通道A相接之处到和圆柱通道B的相接之处递减，圆台通道B的直径从和圆柱通道B相接之处到和圆柱通道C的相接之处递减，圆锥扩散通道的直径从和圆柱通道B相接之处到喷嘴出口处递增。

2.根据权利要求1所述一种用于水射流加工的喷嘴，其特征在于：所述圆柱通道A的直径为7至9毫米，圆台通道A的锥角度为50至70度。

3.根据权利要求2所述一种用于水射流加工的喷嘴，其特征在于：所述圆柱通道B的直径为0.7至0.9毫米，圆台通道B的锥角度为36至44度。

4.根据权利要求3所述一种用于水射流加工的喷嘴，其特征在于：所述圆柱通道C的直径为0.5至0.55毫米，圆台扩散通道的锥角度为28至32度。

5.一种包含权利要求1-4任一所述喷嘴的多相水射流加工喷头装置，其特征在于：包括喷嘴和加砂管道，加砂管道内设有相通的用于加入磨料的磨料通道和用于通入水流的水流通道；喷嘴安装在加砂管道上，喷嘴的圆柱通道A和加砂管道的水流通道相通。

6.根据权利要求5所述一种多相水射流加工喷头装置，其特征在于：还包括连接箱、悬臂梁和滑动卡架，滑动卡架一端安装在悬臂梁上且沿着悬臂梁方向滑动，连接箱安装在滑动卡架的另一端，加砂管道安装在连接箱上。

7.根据权利要求6所述一种多相水射流加工喷头装置，其特征在于：连接箱为圆筒状，一端设有圆环，加砂管道通过圆环安装在连接箱上，在连接箱的圆筒壁上用螺栓和螺母将连接箱固定在滑动卡架上。

8.根据权利要求6所述一种多相水射流加工喷头装置，其特征在于：所述悬臂梁为开设有长方体形通道的长方体，长方体的长大于宽、高，长方体形通道贯穿由宽、高构成的一对平行平面的两端，其他四面的任一面设为导轨面，导轨面上开设有供滑动卡架滑动的轨道。

9.根据权利要求8所述一种多相水射流加工喷头装置，其特征在于：所述滑动卡架包括依次相接的竖挡一、横挡、竖挡二，横挡和竖挡一、竖挡二均垂直；安装后的滑动卡架，竖挡一安装在导轨面上，横挡恰好覆盖悬臂梁上和导轨面垂直的一面，竖挡二的一端覆盖悬臂梁上和导轨面平行的一面，竖挡二的另一端安装连接箱。

10.根据权利要求6所述一种多相水射流加工喷头装置，其特征在于：加砂管道的一端设有容纳喷嘴注入段一端的凹槽，且通过若干螺钉将喷嘴固定加砂管道的凹槽处。