WO1998015386A1 - Fokussierdüse für das abrasivwasserstrahlschneiden - Google Patents

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WO1998015386A1
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cut
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Ulrich Günther
Lutz Lemmin
Matthias SCHÖNFELDER
Rainer Strehle
Harry Thonig
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Sächsische Werkzeug Und Sondermaschinen Gmbh
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24CABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04Nozzles therefor

Definitions

  • the invention relates to a focusing nozzle for abrasive water jet cutting with an inner coating.
  • the focusing nozzle of the water jet cutting head serves to accelerate the particles of the abrasive and is therefore exposed to increased wear. It has a relatively short service life depending on the cutting parameters. This is the shortest service life of all components of a water jet cutting system.
  • the focusing nozzle thus forms the technological weak point in the machining process.
  • the focusing nozzles In order to achieve a favorable service life, it is known to manufacture the focusing nozzles from hard metal such as tungsten carbide or from special ceramics. These nozzles consist of one piece with a funnel-shaped bore facing the mixing chamber and enlarging the nozzle inlet. This manufacturing process is relatively expensive. For this reason, the focusing nozzle is also made up of several parts from a number of nozzle tube pieces lined up. Since the end of the focusing nozzle in particular wears out, only the beam exit piece can now be replaced (DE-OS 38 44 344). This does not increase the service life of the focusing nozzle, but shifts the problem to the beam outlet piece. The manufacturing process must also be interrupted to replace nozzle tube pieces.
  • a highly activated plasma is generated in a vacuum by means of a pulsed arc discharge between the cathode consisting of the coating material and an anode.
  • the arc movement on the cathode is controlled in time and location by a pulse laser (brochure: "Laser Arc Coating", VTD Vacuum Technology Dresden GmbH, IWS Fraunhofer Institute for Material Physics and Layer Technology.)
  • the aim and object of the invention is to coat a focusing nozzle for abrasive water jet cutting on the inside with a wear-resistant, diamond-like material layer in a simple and cost-effective manner.
  • the focusing nozzle consists of a nozzle body divided in length, the cut or cuts being placed in the vicinity of the longitudinal axis of the nozzle tube.
  • the cut surfaces in which the nozzle tube is cut as a channel are easily accessible as outer surfaces of the nozzle body parts and can be coated in the channels with a wear-resistant, diamond-like material. After coating, the nozzle body parts with the cut surfaces are set different and the nozzle body joined together.
  • the incised channels complement each other to form the nozzle tube.
  • grooves can be parallel to the channel in the cut surfaces. Sealing material is introduced into these grooves so that the nozzle tube is sealed when placed on top of one another.
  • the channel in each cut surface can be cut to different depths and have different cross-sectional areas and shapes.
  • Fig. 1 shows the nozzle body with a view of the interface
  • Fig. 2 shows a nozzle body part in longitudinal section
  • Fig. 3 is a nozzle body part in plan view of the cut surface
  • Fig. 4 shows the glued nozzle body from the side
  • Fig. 5 the glued nozzle body from above.
  • a nozzle body 1 is divided by a division 2 into two nozzle body parts 3 and 4.
  • a nozzle tube 5 which is cut into a dividing surface 7 as a channel 6.
  • the channel 6 is lined with a wear-resistant, diamond-like material layer 8 (DCL) which is applied in a targeted manner using the laser arc coating method.
  • DCL wear-resistant, diamond-like material layer 8
  • the channel 6 has a funnel-shaped widening 9 at one end.
  • grooves 10 run on the dividing surface 7. Sealing material is inserted into these grooves 10.
  • the nozzle body parts 3 and 4 are glued together to form the nozzle body 1 as shown in FIGS. 4 and 5. List of the reference symbols used:

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Fokussierdüse für das Abrasivwasserstrahlschneiden mit einer Innenbeschichtung aus einer verschleißfesten, diamantartigen Werkstoffschicht (8) (DCL). Der Düsenkörper (1) ist in der Länge in der Nähe der Längsachse des Düsenrohrs (5) geteilt. In die dabei entstehenden Schnittflächen (7) ist das Düsenrohr (5) als Kanäle (6) eingeschnitten. Die Kanalwandung ist gezielt beschichtet. Die Düsenkörperteile (3, 4) sind mit den Schnittflächen (7) aufeinandergesetzt gefügt. Neben den Kanälen (6) laufen Nuten (10), in die Dichtungsmaterial eingebracht ist.

Description

Fokussierdüse für das Abrasivwasserstrahlschneiden
Die Erfindung betrifft eine Fokussierdüse für das Abrasivwasserstrahlschneiden mit einer Innenbeschichtung.
Die Fokussierdüse des Wasserstrahlschneidkopfes dient zur Beschleunigung der Partikel des Abrasivmittels und ist damit erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Sie hat eine relativ kurze Standzeit je nach den Schneidparametern. Das ist die geringste Standzeit von allen Komponenten einer Wasserstrahlschneidanlage. Damit bildet die Fokussierdüse die technologische Schwachstelle im Bearbeitungsprozeß.
Um eine günstige Standzeit zu erreichen, ist es bekannt, die Fokussierdüsen aus Hartmetall wie Wolframkarbid oder aus Spezialkeramik zu fertigen. Diese Düsen bestehen aus einem Stück mit einer zur Mischkammer hin gewandten, den Düseneinlaß vergrößernden, trichterförmigen Bohrung. Dieser Herstellungsprozeß ist verhältnismäßig teuer. Deshalb wird die Fokussierdüse auch mehrteilig aus mehreren aneinander gereihten Düsenrohrstücken gebildet . Da besonders das Ende der Fokussierdüse verschleißt, kann jetzt nur das Strahl - austrittstück ausgewechselt werden (DE-OS 38 44 344) . Das vergrößert die Standzeit der Fokussierdüse nicht, sondern verlagert das Problem auf das Strahlaustrittstück. Auch zum Auswechseln von Düsenrohrstücken muß der Fertigungsprozeß unterbrochen werden.
Es ist auch bekannt, die Innenwandung der Fokussierdüse mit einer abriebfesten Schicht zu überziehen. Dazu wird in die vorgebohrte Düse ein das Düsenrohr ausfüllender Stab gesteckt, der aus Graphit besteht, auf dessen Oberfläche eine Haut aus Silikonkarbid aufgedampft ist. Das Graphit wird im Düsenrohr erhitzt und unter Sauerstof zufuhr oxidiert . Die Haut aus Silikonkarbid bleibt an der Innenwand des Düsenrohrs haften (US-Patent 5407503) . Diese Methode erlaubt die Verwendung von billigen und leicht bearbeitbaren Material für den Düsenkörper. Jedoch ist die Herstellung der GraphitStäbe teuer, zumal mit großer Genauigkeit unter Verlust der Graphitstäbe gearbeitet wird. Eine Erhöhung der Standzeit ist nur im Rahmen der vom Silikonkarbid vorgegebenen Parametern zu erwarten.
Es ist auch bekannt, Oberflächen von Körpern, die besonders großem Verschleiß durch Abrieb ausgesetzt sind, mit einer verschleißfesten diamantartigen WerkstoffSchicht aus amorphen Kohlenstoff (DLC) zu beschichten. Dazu wird im Vakuum ein hoch aktiviertes Plasma mittels einer gepulsten Lichtbogenentladung zwischen der aus dem Beschichtungsmaterial bestehenden Kathode und einer Anode erzeugt. Die Lichtbogenbewegung auf der Kathode wird zeitlich und örtlich durch einen Impulslaser gesteuert (Prospekt: "Laser-Arc-Beschich- tung", VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH, IWS Fraunhofer Institut für Werkstoffphysik und Schichttechnologie.)
Nach dieser Methode können nur Außenflächen beschichtet werden. Die Innenwand des Düsenrohrs ist für diese Beschichtung ungeeignet.
Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fokussierdüse für das Abrasivwasserstrahlschneiden im Inneren mit einer verschleißfesten, diamantartigen WerkstoffSchicht einfach und kostengünstig zu beschichten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Fokussierdüse besteht aus einem in der Länge geteilten Düsenkörper, wobei der oder die Schnitte in die Nähe der Längsachse des Düsenrohrs gelegt sind. Die Schnittflächen, in denen das Düsenrohr als Kanal eingeschnitten ist, sind als Außenflächen der Düsenkörperteile leicht zugänglich und mit einem verschleißfesten, diamantartigen Werkstoff gezielt in den Kanälen zu beschichten. Nach dem Beschichten werden die Düsenkörperteile mit den Schnittflächen aufein- ander gesetzt und der Düsenkörper zusammen gefügt. Die eingeschnittenen Kanäle ergänzen sich zum Düsenrohr. Neben einem Kanal können Nuten parallel zum Kanal in den Schnittflächen sein. In diese Nuten ist Dichtungsmaterial eingebracht, so daß beim Aufeinandersetzen das Düsenrohr abgedichtet ist. Der Kanal in jeder Schnittfläche kann verschieden tief eingeschnitten sein und voneinander verschiedene Querschnittsflachen und -formen haben.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert werden. Die dazu gehörige Zeichnung zeigt in
Fig. 1 den Düsenkörper mit Blick auf die Schnittstelle
Fig. 2 ein Düsenkörperteil im Längsschnitt
Fig. 3 ein Düsenkörperteil in Draufsicht auf die Schnittfläche
Fig. 4 den geklebten Düsenkörper von der Seite
Fig. 5 den geklebten Düsenkörper von oben.
Ein Düsenkörper 1 ist mit einer Teilung 2 in zwei Düsenkörperteile 3 und 4 geteilt. Im Inneren des Düsenkörpers 1 befindet sich ein Düsenrohr 5, das als Kanal 6 in eine Teilungsfläche 7 eingeschnitten ist. Der Kanal 6 ist mit einer verschleißfesten, diamantartigen WerkstoffSchicht 8 (DCL) ausgekleidet, die nach dem Laser-Arc-Beschichtungsverfahren gezielt aufgetragen ist. Der Kanal 6 hat an einem Ende eine trichterförmige Aufweitung 9. Neben dem Kanal 6 laufen Nuten 10 auf der Teilungsfläche 7. In diese Nuten 10 ist Dichtungsmateriai eingelegt. -Die Düsenkörperteile 3 und 4 sind zum Düsenkörper 1 wie in Fig. 4 und 5 gezeigt zusammengesetzt verklebt. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:
1 Düsenkörper
2 Teilung
3 Düsenkörperteil
4 Düsenkörperteil
5 Düsenrohr
6 Kanal
7 Teilungsfläche
8 Werkstoffschicht
9 Aufweitung
10 Nut

Claims

Patentansprüche
1) Fokussierdüse für das Abrasivwasserstrahlschneiden, mit einem innen beschichteten Düsenrohr (5) , dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (1) in der Länge in mehrer Teile geteilt ist und eine Teilung in der Nähe der Längsachse des Düsenrohrs (5) verläuft, daß das Düsenrohr (5) als Kanäle (6) in die durch die Teilung entstehende Schnittflächen (7) eingeschnitten ist und die Kanalwandungen mit einem verschleißfesten, diamantartigen Werkstoff (8) gezielt beschichtet sind.
2) Fokussierdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (1) in der Länge und im Querschnitt geteilt ist.
3) Fokussierdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörperteile (3,4) mit den Schnittflächen
(7) aufeinandergesetzt und miteinander gefügt sind.
4) Fokussierdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörperteile (3,4) miteinander verschraubt sind.
5) Fokussierdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörperteile (3,4) miteinander verklebt sind.
6) Fokussierdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörperteile (3,4) von einer Hülse aus zähem Material ummantelt gefügt sind.
7) Fokussierdüse nach den Ansrüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einer Schnittfläche
(7) parallel zum Kanal (6) Nuten (10) verlaufen, in die Dichtungsmaterial eingebracht ist.
Figure imgf000007_0001
!) Fokussierdüse nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (6) unterschiedlich tief eingeschnitten sind.
1 ) Fokussierdüse nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen der Kanäle (6) voneinander verschieden sind.
PCT/DE1997/002291 1996-10-04 1997-10-04 Fokussierdüse für das abrasivwasserstrahlschneiden WO1998015386A1 (de)

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