CN87103243A - 有自动进料作高速喷流消能的紧凑容器 - 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减少时，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55，000磅/英寸²压力下，从直径为0.003至0.030英寸的宝石喷咀中喷出，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。

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36英寸。

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。

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30，000-55，000磅/英寸²压力下，强迫通过直径0.076～0.76毫米（0.003～0.030英寸）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射喷流的路线如图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用一个小不锈钢盒，约为10.16公分（4英寸）宽，10.16公分（4英寸）高，7.6公分（3英寸）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2.54公分（1英寸）。

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（0.25英寸）的钢球，充填高度达到8.9公分（3.5英寸）。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2.54公分（1英寸），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3.8公分（1.50英寸）。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4.45公分（1.75英寸），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（水20-22英寸）。约25.4毫米（1英寸）宽1.6毫米（0.0625英寸）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11.4公分（4.5英寸），高16.5公分（6.5英寸）。进口管52和圆筒倾斜30-45度，其中线在离圆筒顶3.8公分（1.5英寸）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 (11)

1、一种用于接受高速喷流的消能容器，其特征包括：

a)一个带有一个内腔和一个用于接受高速喷流的孔的主体；

b)装在腔内的一定量的悬体；

c)使腔内的消能流体和悬体废料排出，而将悬体保留在里面的装置；

d)悬体因喷流冲撞而磨损时，自动维持腔内悬体有效量的装置。

2、如权利要求1的容器，其特征为该自动维持装置有一个进口管，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。

3、如权利要求2的容器，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。

4、如权利要求3的容器，其特征为该孔为槽形，当喷流从工件中通过时，槽孔可允许喷流偏折。

5、如权利要求2的容器，其特征为悬体包括有大致的球形件，其截面约为1/4英寸。

6、如权利要求5的容器，其特征为进口管的截面约为一英寸。

7、如权利要求2的容器，其特征为悬体用钢制造。

8、如权利要求2的容器，其特征为进口管的截面约为一英寸。

9、如权利要求1的容器，其特征为悬体包括有大致的球形件，其截面约为1/4英寸。

10、如权利要求1的容器，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。

11、在喷流切削作业中，一种使喷流在一个紧凑容器中消能的方法，其特征在于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;

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。

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