UA24409U

UA24409U - Nozzle of superhard material for formation of gas-abrasive jet

Info

Publication number: UA24409U
Application number: UAU200702720U
Authority: UA
Inventors: Vadym Nykodymovych Koval; Klavdii Klavdiiovy Kudriavtsev
Original assignee: Vadym Nykodymovych Koval; Klavdii Klavdiiovy Kudriavtsev
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2007-06-25

Abstract

A nozzle of superhard material for formation of the gas-abrasive jet has input and output channels connected together, which are made in the form of truncated cones connected by smaller bases. The diameters of bases and height of truncated cones are made in accordance with selected ratio of sizes.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до пристосувань для одержання струменів, особливо до сопел для формування 2 струменя з абразивних часток, і може знайти застосування для одержання отворів у неметалічних матеріалах і різання неметалічних матеріалів.The utility model relates to devices for producing jets, especially nozzles for forming a jet of abrasive particles 2, and may find applications for producing holes in non-metallic materials and cutting non-metallic materials.

Технології обробки матеріалів струменем, що виходить під великим тиском із сопла, застосовуються в різних областях.Technologies for processing materials with a jet coming out under high pressure from a nozzle are used in various areas.

У книзі: Канюков В.Н., Терегулов Н.Г., Винярский В.Ф., Осипов В.В. Развитие научно-технических решений в 70 медицине (учебное пособие) - Оренбург, ОГУ, 2000 (с.178-231) Ідив. сайт пер:/Лміпасхму.еади.гилміпаом сагардлцевз/п19217/теюа451.рай наведено огляд технологій гідрорізання конструкційних матеріалів і біологічних тканин. Як тут зазначено, гідрорізання металів виконується двома способами, які відрізняються відсутністю (рідинне) або наявністю абразиву в середовищі робочої рідини (абразивно-рідинне). Конструктивні й технологічні параметри сопла (форма, розмір і якість поверхні отвору) 72 значно впливають на будову й гідродинамічні характеристики струменя. При цьому як при рідинному, так і при абразивно-рідинному різанні через сопло подається рідина, а абразив уводиться в струмінь на виході рідини із сопла.In the book: Kanyukov V.N., Teregulov N.G., Vinyarsky V.F., Osypov V.V. Development of scientific and technical solutions in 70 medicine (tutorial) - Orenburg, OSU, 2000 (p. 178-231) Ibid. site per:/Lmipaskhmu.eady.gilmipaom sagardltsevz/p19217/teyua451.rai provides an overview of hydrocutting technologies of construction materials and biological tissues. As indicated here, hydrocutting of metals is performed in two ways, which differ in the absence (liquid) or presence of an abrasive in the medium of the working fluid (abrasive-liquid). Design and technological parameters of the nozzle (shape, size and surface quality of the hole) 72 significantly affect the structure and hydrodynamic characteristics of the jet. At the same time, in both liquid and abrasive-liquid cutting, liquid is supplied through the nozzle, and the abrasive is introduced into the stream at the exit of the liquid from the nozzle.

Вважається, що тип сопла, що має конічний профіль і закінчується циліндричною ділянкою, найбільш прийнятний як з погляду раціонального формування струменя робочої рідини, так і технологічності його виготовлення. У патентах РФ МоМо1812735, 2104803, 2130809, 2167003, 2184620, 2184621 описані сопла для одержання ріжучого струменя рідини, виконані з надтвердого матеріалу - алмаза. Вони мають конусоподібний вхідний і циліндричний вихідний канали.It is believed that the type of nozzle, which has a conical profile and ends with a cylindrical section, is the most acceptable both from the point of view of the rational formation of the jet of the working fluid, and the manufacturability of its manufacture. Russian Patents MoMo1812735, 2104803, 2130809, 2167003, 2184620, 2184621 describe nozzles for obtaining a cutting jet of liquid made of superhard material - diamond. They have a conical inlet and cylindrical outlet channels.

Широке поширення мають сопла для піскоструминної обробки. При піскоструминній обробці через сопло подається газоабразивнаийй струмінь. Але якщо зазвичай найбільший діаметр сопла при гідро- або гідроабразивному різанні матеріалів не перевищує О,Змм, то діаметри сопел для піскоструминної обробки з набагато більші й, відповідно, великий розмір мають і самі сопла (див., наприклад, патент США Мо4253610). Тому вони не можуть виготовлятися з надтвердих матеріалів, зокрема з полікристалів алмаза й кубічного нітриду бору, оскільки розмір одержуваних полікристалів поки що обмежений.Nozzles for sandblasting are widely used. During sandblasting, a gas-abrasive jet is supplied through a nozzle. But if usually the largest diameter of the nozzle during hydro- or hydroabrasive cutting of materials does not exceed 0.3 mm, then the diameters of the nozzles for sandblasting are much larger and, accordingly, the nozzles themselves have a large size (see, for example, US patent Mo4253610). Therefore, they cannot be made from superhard materials, in particular from polycrystals of diamond and cubic boron nitride, since the size of the resulting polycrystals is still limited.

Однак з патенту США Мо7172142 відоме сопло з надтвердого матеріалу, яким є полікристалічний алмаз, іа призначене для утворення газоабразивного струменя й виконане з діаметрами каналів, порівнянними з о діаметрами каналів сопел для рідинного й абразивно-рідинного різання матеріалів. Воно показано на фіг. 10ба й 10бв. Сопло має з'єднані між собою вхідний і вихідний канали, причому вхідний виконаний коноїдальньїм, а - вихідний канал має циліндричну форму. «ЇїHowever, from the US patent Mo7172142, a nozzle made of a superhard material, which is polycrystalline diamond, is known, and it is intended for the formation of a gas-abrasive jet and is made with channel diameters comparable to the channel diameters of nozzles for liquid and abrasive-liquid cutting of materials. It is shown in fig. 10ba and 10bv. The nozzle has interconnected input and output channels, and the input channel is conoid, and the output channel has a cylindrical shape. "Her

Хоча це сопло й призначене для створення газоабразивного струменя, форма його каналів більше підходить 325 для сопел, призначених для гідрорізання матеріалів. Тому воно не може забезпечити максимальної швидкості с газоабразивного струменя. Крім того, одержання вхідного каналу коноїдальної форми технологічно досить складне.Although this nozzle is designed to create a gas-abrasive jet, the shape of its channels is more suitable 325 for nozzles designed for water-cutting materials. Therefore, it cannot provide the maximum speed of the gas-abrasive jet. In addition, obtaining a conoidal-shaped input channel is technologically quite difficult.

В основу корисної моделі поставлене завдання розробити сопло з надтвердого матеріалу для утворення « газоабразивного струменя, яке забезпечує максимальну швидкість газоабразивного струменя на виході сопла З 70 при певному тиску газу на вході сопла, і одночасно технологічно нескладне у виготовленні. с У соплі з надтвердого матеріалу для утворення газоабразивного струменя, що має з'єднані між собою з» вхідний і вихідний канали, відповідно до корисної моделі канали виконані у вигляді усічених конусів, які з'єднані меншими основами з діаметром 4, причому діаметри основ і висота усічених конусів мають такі співвідношення розмірів: О 4-2,974, 02-І,354, 1і-3,65а4, 15-3,924, де 0. - діаметр більшої основи конуса вхідного каналу, ОО» - діаметр більшої основи конуса вихідного каналу, Ї4 - висота усіченого конуса вхідного о каналу, 1» - висота усіченого конуса вихідного каналу. «» При зазначених співвідношеннях діаметрів основ і висот усічених конусів вхідного й вихідного каналів досягається максимальна швидкість струменя на вихідному отворі, що обумовлено тим, що вхідний канал е забезпечує подачу абразивних часток без утворення "пробок' у найбільш вузькому місці вхідного каналу, а ав | 20 вихідний канал забезпечує найбільший розгін струменя. Звісно, можливі незначні відхилення від зазначених співвідношень, які істотно не впливають на досягнення поставленого завдання. с Краще, щоб до випускного каналу примикала кінцева ділянка з кутом конуса більшим, ніж кут конуса вихідного каналу. Це сприяє зменшенню завихрень на виході сопла, які негативно впливають на газоабразивний струмінь. 29 З погляду технології виготовлення сопла краще, щоб кут конуса кінцевої ділянки був таким же, як і кут с конуса вхідного каналу.The basis of the useful model is the task of developing a nozzle made of super-hard material for the formation of a gas-abrasive jet, which ensures the maximum speed of the gas-abrasive jet at the outlet of the Z 70 nozzle at a certain gas pressure at the inlet of the nozzle, and at the same time is technologically easy to manufacture. c In a nozzle made of superhard material for the formation of a gas-abrasive jet, which has inlet and outlet channels connected to each other, according to a useful model, the channels are made in the form of truncated cones, which are connected by smaller bases with a diameter of 4, and the diameters of the bases and the height of the truncated cones have the following size ratios: О 4-2.974, 02-1.354, 1i-3.65а4, 15-3.924, where 0. is the diameter of the larger base of the cone of the inlet channel, ОО" - the diameter of the larger base of the cone of the outlet channel, Y4 is the height of the truncated cone of the input channel, 1" is the height of the truncated cone of the output channel. "" With the indicated ratios of the diameters of the bases and the heights of the truncated cones of the inlet and outlet channels, the maximum speed of the jet at the outlet opening is achieved, which is due to the fact that the inlet channel e ensures the supply of abrasive particles without the formation of "plugs" in the narrowest place of the inlet channel, and av | 20, the outlet channel provides the greatest acceleration of the jet. Of course, slight deviations from the specified ratios are possible, which do not significantly affect the achievement of the task. It is better that the end section with a cone angle greater than the cone angle of the outlet channel adjoins the outlet channel. This helps to reduce vortices at the exit of the nozzle, which negatively affect the gas abrasive jet. 29 From the point of view of the nozzle manufacturing technology, it is better that the angle of the cone of the final section is the same as the angle c of the cone of the inlet channel.

Матеріалом, з якого виконується сопло, може бути полікристалічний матеріал на основі алмаза або кубічного нітриду бору. Ці матеріали одержують спіканням при надвисоких тисках і температурах порошків алмаза й кубічного нітриду бору. Вони приходять на заміну матеріалам, що використовувалися раніше: мінералокераміці, 60 корунду, сапфіру або твердим сплавам, ресурс сопел з яких досить низький (кілька десятків хвилин) через високе абразивне зношування.The material from which the nozzle is made can be a polycrystalline material based on diamond or cubic boron nitride. These materials are obtained by sintering diamond and cubic boron nitride powders at extremely high pressures and temperatures. They come to replace the materials that were used before: mineral ceramics, 60 corundum, sapphire or hard alloys, the resource of nozzles from which is quite low (several tens of minutes) due to high abrasive wear.

На фіг. 1 показане сопло відповідно до корисної моделі, на фіг. 2-4 показаний процес виготовлення сопла, на фіг. З - сопло з тримачем.In fig. 1 shows a nozzle according to a useful model, in fig. 2-4 shows the nozzle manufacturing process, in fig. C - a nozzle with a holder.

Сопло має вхідний канал 1 у вигляді конуса з діаметром меншої основи 4, діаметром більшої основи ОО) і 62 висотою І, вихідний канал 2 у вигляді конуса з меншою основою, спільною з меншою основою конуса вхідного каналу, діаметром більшої основи ОО» і висотою !/5. До вихідного каналу 2 примикає кінцева ділянка 3.The nozzle has an inlet channel 1 in the form of a cone with a diameter of a smaller base 4, a diameter of a larger base OO) and a height of 62, an outlet channel 2 in the form of a cone with a smaller base common to the smaller base of the cone of the inlet channel, a diameter of a larger base OO" and a height of ! /5. The final section 3 is adjacent to the output channel 2.

Прикладом конкретного виконання сопла може бути сопло з такими розмірами: 4-0,5мм, 04-І49мм, 05-0,68мм,An example of a specific design of a nozzle can be a nozzle with the following dimensions: 4-0.5mm, 04-I49mm, 05-0.68mm,

ІЇ5-1,83мм, 15-1,96мм. Ці розміри забезпечують кут конуса вхідного каналу 302, а кут конуса вихідного каналу 89. У сопла, показаного на фіг. 1, кут конуса кінцевої ділянки такий же, як кут конуса вхідного каналу - 309.II5-1.83mm, 15-1.96mm. These dimensions provide the angle of the cone of the inlet channel 302, and the angle of the cone of the outlet channel 89. In the nozzle shown in fig. 1, the cone angle of the end section is the same as the cone angle of the inlet channel - 309.

Приклад виготовлення показаний для сопла із зазначеними розмірами. Використовують полікристалічний матеріал на основі алмаза або кубічного нітриду бору у вигляді циліндра діаметром близько 5,5 мм і висотою близько 4,5мм. Торцеві сторони циліндра шліфують і полірують, одержуючи циліндр висотою, що відповідає висоті сопла.The production example is shown for a nozzle with the specified dimensions. They use a polycrystalline material based on diamond or cubic boron nitride in the form of a cylinder with a diameter of about 5.5 mm and a height of about 4.5 mm. The end sides of the cylinder are ground and polished, obtaining a cylinder with a height corresponding to the height of the nozzle.

Після цього в циліндрі за допомогою лазерного променя 4 вирізують канали. Для цього спочатку циліндр установлюють на стіл лазерної установки, нахилений під кутом 32, і обертають стіл навколо осі, вирізуючи в циліндрі наскрізний отвір, кут конуса якого відповідає куту конуса вихідного каналу (фіг. 2). Після цього стіл нахиляють на кут 152 і формують вхідний канал (фіг.3). Одночасно відбувається формування конуса кінцевої ділянки. Завершальною операцією є вирізка сопла по зовнішній поверхні, що здійснюють знову при нахилі стола 75 на Зо (фіг.4).After that, channels are cut in the cylinder using a laser beam 4. To do this, the cylinder is first installed on the table of the laser installation, inclined at an angle of 32, and the table is rotated around the axis, cutting a through hole in the cylinder, the angle of the cone of which corresponds to the angle of the cone of the output channel (Fig. 2). After that, the table is tilted at an angle of 152 and the inlet channel is formed (Fig. 3). At the same time, the cone of the final section is formed. The final operation is the cutting of the nozzle on the outer surface, which is carried out again when the table is tilted 75° to Zo (Fig. 4).

Подібним чином у циліндрі вирізують декілька сопел.In the same way, several nozzles are cut in the cylinder.

Отримане сопло може бути з'єднане з тримачем будь-якої конструкції. Як тримач може бути використана металева трубка 5 (фіг.5) з внутрішнім діаметром, рівним діаметру більшої основи сопла. На внутрішню поверхню кінця трубки наносять клей, вставляють сопло й обжимають трубку по зовнішній поверхні сопла.The resulting nozzle can be connected to a holder of any design. A metal tube 5 (Fig. 5) with an inner diameter equal to the diameter of the larger base of the nozzle can be used as a holder. Glue is applied to the inner surface of the end of the tube, the nozzle is inserted and the tube is crimped on the outer surface of the nozzle.

Робота сопла відбувається в такий спосіб.The nozzle works as follows.

Як абразивні частки використовують частки, діаметр яких становить 1/4-1/5 діаметра 4. Газ, наприклад вуглекислий газ, з абразивними частками подають у вхідний канал 1 сопла під тиском 0,6-1,2МПа. У вихідному каналі 2 частки розганяються до надзвукової швидкості й, зіштовхуючись із оброблюваним матеріалом, руйнують його, виконуючи в ньому заглиблення.As abrasive particles, particles whose diameter is 1/4-1/5 of diameter 4 are used. Gas, such as carbon dioxide, with abrasive particles is fed into the inlet channel 1 of the nozzle under a pressure of 0.6-1.2MPa. In the output channel 2, the particles are accelerated to supersonic speed and, colliding with the processed material, destroy it, making a dent in it.

Для підвищення ефективності руйнування оброблюваного матеріалу в трубці безпосередньо перед соплом - може бути розташована скручена принаймні на чверть витка відносно осі трубки пластина б (фіг.5). її геометричні розміри й конфігурація визначаються залежно від характеристики струменя й заданим режимом роботи. Деяка частина абразивних часток, стикаючись із гвинтоподібною поверхнею пластини, здобуває обертовий рух і, проходячи через сопло, зберігає його, одержавши більшу швидкість. При контакті з (о) оброблюваним матеріалом вони руйнують його й відходять від центра по дотичній, даючи приплив новим о часткам. Разом з тим вони забезпечують обертання потоку абразивних частинок і частинок зруйнованого оброблюваного матеріалу, який виходить з заглиблення, що полегшує вивід його з заглиблення. «To increase the efficiency of destruction of the processed material in the tube immediately before the nozzle, plate b twisted at least a quarter of a turn relative to the axis of the tube can be located (Fig. 5). its geometric dimensions and configuration are determined depending on the characteristics of the jet and the specified mode of operation. Some part of the abrasive particles, coming into contact with the helical surface of the plate, acquires a rotational movement and, passing through the nozzle, preserves it, having obtained a higher speed. Upon contact with (o) the processed material, they destroy it and depart from the center tangentially, giving an influx of new o particles. At the same time, they ensure the rotation of the flow of abrasive particles and particles of the destroyed processed material that comes out of the recess, which facilitates its removal from the recess. "

Claims

"Formula of the invention p

1. A nozzle made of superhard material for creating a gas-abrasive jet, which has interconnected inlet and outlet channels, which is distinguished by the fact that the channels are made in the form of truncated cones, which are connected by "smaller bases with a diameter a, and the diameters of the bases and the height of the truncated cones have the following size ratios: 0 4-2.974, 025-1.354, I-3.65a, 15-3.924, where 0. is the diameter of the larger base of the truncated cone of the inlet channel, OO" is the diameter of the larger base of the truncated cone of the outlet of the channel, 3 - the height of the truncated h cone of the input channel, and 5 - the height of the truncated cone of the input channel. "»

2. The nozzle according to claim 1, which is characterized by the fact that a cone-shaped end section with a cone angle greater than the cone angle of the outlet channel is adjacent to the outlet channel.

3. The nozzle according to claim 2, which differs in that the angle of the cone of the end section is the same as the angle of the cone of the inlet channel. co

4. The nozzle according to claims 1-3, which differs in that it is made of a polycrystalline material based on diamond or cubic boron nitride.

5. The nozzle according to claim 1, which is characterized by the fact that it is connected to the holder in the form of a metal tube, the end of which covers it on the outer surface. at 50

6. The nozzle according to claim 5, which is characterized by the fact that in the metal tube in front of the inlet channel there is a plate twisted for at least a quarter of a turn relative to the axis of the tube. 3e) c 60 b5