水射流加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水射流加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水射流加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水射流加工包括純水水射流加工和附加磨料的磨料水射流加工。純水水射流加工對噴嘴的磨損遠遠低于磨料水射流加工，但純水水射流的加工效率遠遠低于磨料水射流加工的加工效率。
[0003]一般的水射流加工裝置的噴嘴及混砂腔磨損率較高，造成高磨損率的主要原因是摻雜磨料的水射流在高壓高速的情況下通過噴嘴和混砂腔時，磨料會直接摩擦噴嘴及混砂腔的內(nèi)壁，從而造成混砂腔及噴嘴的磨損，最終影響加工能力。這就需要頻繁的更換混砂腔及噴嘴，維護成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種水射流加工裝置，降低了噴嘴及混砂腔的磨損率，維護成本低。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種水射流加工裝置，包括供壓系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和供料系統(tǒng)，所述供壓系統(tǒng)與所述供料系統(tǒng)分別連接至所述噴射系統(tǒng)，所述噴射系統(tǒng)包括混砂腔和噴嘴，所述混砂腔將高壓水與磨料混合后形成混合液，
[0007]所述噴射系統(tǒng)還包括整形管，所述整形管的第一入口與所述混砂腔的出口連通，所述整形管的出口與所述噴嘴連通，所述混砂腔以中等壓力將所述混合液從所述混砂腔的出口射入所述整形管內(nèi)，形成中心水射流；
[0008]所述供壓系統(tǒng)還包括緩沖介質(zhì)供給機構(gòu)，所述緩沖介質(zhì)供給機構(gòu)與所述整形管的第二入口相連通，所述緩沖介質(zhì)供給機構(gòu)以所述中等壓力將緩沖介質(zhì)射入所述整形管中，所述緩沖介質(zhì)包裹在所述中心水射流的周側(cè)，包裹有緩沖介質(zhì)的中心水射流從所述噴嘴射出而作用于被加工的工件。
[0009]在其中一個實施例中，所述緩沖介質(zhì)為液體、氣體或氣液混合混合物。
[0010]在其中一個實施例中，所述緩沖介質(zhì)為純水或空氣或純水與空氣的混合物。
[0011]在其中一個實施例中，所述整形管的出口的內(nèi)徑沿所述整形管的軸向方向逐漸變小，從而使所述中心水射流的流速沿所述整形管的軸向方向逐漸變大。
[0012]在其中一個實施例中，所述整形管的出口的內(nèi)壁為光滑內(nèi)壁。
[0013]在其中一個實施例中，所述整形管的出口的內(nèi)壁上設(shè)置有螺旋形位槽。
[0014]在其中一個實施例中，所述噴嘴的孔形形狀為圓形、長方形、正方形、橢圓形或三角形。
[0015]在其中一個實施例中，所述噴嘴的形狀為圓形，所述噴嘴的內(nèi)徑為I微米-100微米。
[0016]在其中一個實施例中，所述混砂腔的出口的內(nèi)徑為所述噴嘴的內(nèi)徑的2倍以上。
[0017]在其中一個實施例中，所述噴嘴為直線型的狹長結(jié)構(gòu)。
[0018]在其中一個實施例中，所述噴嘴的外徑小于3毫米，所述噴嘴的內(nèi)徑小于50微米，所述噴嘴的長度大于100毫米。
[0019]在其中一個實施例中，所述噴嘴為柔性彎曲結(jié)構(gòu)或剛性彎曲結(jié)構(gòu)。
[0020]在其中一個實施例中，所述噴嘴的材料為碳化鎢、金剛石或藍寶石。
[0021]在其中一個實施例中，所述中等壓力的壓力值小于400兆帕。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]本發(fā)明的水射流加工裝置，通過在整形管中將緩沖介質(zhì)包裹在中心水射流的周側(cè)，避免了磨料與噴嘴及整形管之間的直接接觸，從而降低了噴嘴的磨損率?；焐扒灰灾械葔毫⒒旌弦旱退偕涑觯捎诨旌弦涸诨焐扒粌?nèi)的流速較低，從而降低了磨料對混砂腔的磨損。本發(fā)明的水射流加工裝置，通過使用緩沖介質(zhì)及縮流效應(yīng)，有效的控制了磨料對混砂腔及噴嘴的磨損，使得加工的一致性得到了精確的控制，降低了維護成本。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的水射流加工裝置一實施例的系統(tǒng)框圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的水射流加工裝置的噴射系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的水射流加工裝置的噴射系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的水射流加工裝置的噴射系統(tǒng)實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明的水射流加工裝置的噴射系統(tǒng)實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明的包裹有緩沖介質(zhì)中心水射流的仿真結(jié)果示意圖；
[0030]圖7為本發(fā)明的中心水射流沿整形管的軸向方向的速度仿真結(jié)果示意圖；
[0031]圖8為本發(fā)明的中心水射流沿噴嘴的徑向方向的速度仿真結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的水射流加工裝置作進一步詳細的說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明并不用于限定本發(fā)明。
[0033]參見圖1至圖8，如圖1所示，本發(fā)明的水射流加工裝置包括供壓系統(tǒng)100、噴射系統(tǒng)200和供料系統(tǒng)300，且供壓系統(tǒng)100和供料系統(tǒng)300分別連接至噴射系統(tǒng)200。其中，供壓系統(tǒng)100包括供水裝置110、加壓設(shè)備、儲能設(shè)備、壓力控制機構(gòu)、高壓水箱、動力源和緩沖介質(zhì)供給機構(gòu)120 ;供料系統(tǒng)300包括調(diào)節(jié)閥、磨料供給機構(gòu)310和磨料倉,調(diào)節(jié)閥和磨料倉分別連接至磨料供給機構(gòu)310 ;噴射系統(tǒng)200包括混砂腔210、整形管220和噴嘴230，且整形管220設(shè)置在混砂腔210及噴嘴230之間，即混砂腔210的出口與整形管的第一入口 221相連通，整形管的出口 223與噴嘴230的入口相連通。
[0034]供水裝置110依次與加壓設(shè)備、儲能設(shè)備和高壓水箱相連通，且加壓設(shè)備與儲能設(shè)備分別與壓力控制機構(gòu)相連接。加壓設(shè)備用于將供水裝置提供的低壓水形成高壓水，儲能設(shè)備用于穩(wěn)定高壓水的水壓，高壓水箱用于儲存高壓水，且高壓水箱與混砂腔210相連通，用于將高壓水射入混砂腔210內(nèi)。
[0035]磨料供給機構(gòu)310與混砂腔210相連通，用于將磨料射入至混砂腔210中。磨料與高壓水在混砂腔210內(nèi)進行充分的混合后形成混合液，然后混砂腔210以中等壓力將混合液從混砂腔210的出口低速射入整形管220內(nèi)，形成中心水射流，其中，中心水射流的速度遠遠大于混合液的速度。這樣，由于混合液的流速較低，減小了混合液中磨料與混砂腔210內(nèi)壁之間的摩擦，從而降低了混砂腔210的磨損率。
[0036]緩沖介質(zhì)供給機構(gòu)120的輸入端與動力源相連接，且緩沖介質(zhì)供給機構(gòu)120的輸出端與整形管220的第二入口 222相連通，用于將緩沖介質(zhì)射入整形管220中。在本實施例中，緩沖介質(zhì)供給機構(gòu)120以中等壓力將緩沖介質(zhì)射入整形管220內(nèi)。緩沖介質(zhì)包裹在中心水射流的周側(cè)，包裹有緩沖介質(zhì)的中心水射流從噴嘴230射出而作用于被加工的工件。
[0037]如圖6所示，包裹有緩沖介質(zhì)的中心水射流從噴嘴230射出時，避免了噴嘴230與含有磨料的中心水射流的直接接觸，從而降低了噴嘴230的磨損率。應(yīng)當清楚的是，從噴嘴230噴出的包裹有緩沖介質(zhì)的中心水射流的速度大于從混砂腔210射出的中心水射流的速度，這樣可以保證該水射流加工裝置的加工能力。
[0038]優(yōu)選地，中等壓力的壓力值小于400兆帕，這樣可以節(jié)約能源，降低對設(shè)備的要求。傳統(tǒng)的水射流加工采用純水水射流加工代替磨料水射流加工來降低對噴嘴230及混砂腔210的磨損，但為了保證加工能力，對壓力的要求越來越高(400兆帕以上)，這就導(dǎo)致了能源損耗。本實施例中采用壓力值小于400兆帕的中等壓力，節(jié)約了能源。
[0039]通過在整形管220中將緩沖介質(zhì)包裹在中心水射流的周側(cè)，避免了磨料與噴嘴230及整形管220之間的直接接觸，從而降低了噴嘴230的磨損率?；焐扒?10將混合液低速射出，由于混合液在混砂腔210內(nèi)的流速較低，從而降低了磨料對混砂腔210的磨損。通過使用緩沖介質(zhì)及縮流效應(yīng)，有效的控制了磨料對混砂腔210及噴嘴230的磨損，使得加工的一致性得到了精確的控制，降低了維護成本。
[0040]作為一種可實施方式，緩沖介質(zhì)可以為液體、氣體或氣液混合物。優(yōu)選地，緩沖介質(zhì)可以為純水或空氣或純水與空氣的混合物。例如，緩沖介質(zhì)為純水時，純水包裹在中心水射流的周側(cè)。此時中心水射流位于中心，不與整形管220的內(nèi)壁直接接觸，整形管220的磨損主要取決于純水與整形管220內(nèi)壁之間的摩擦損耗。這樣避免了含有磨料的中心水射流與整形管220的內(nèi)壁的直接接觸，從而提高了整形管220的抗磨損能力。然后，噴嘴230將純水包裹的中心水射流噴出，避免了含有磨料的中心水射流與噴嘴230的內(nèi)壁之間的直接接觸，降低了噴嘴230的磨損率。
[0041]當然，緩沖介質(zhì)還可以是空氣等其他氣體或純水以外的其他液體，或者緩沖介質(zhì)為氣液混合物。例如，緩沖介質(zhì)為氣液混合物，此時，液體包裹在中心水射流的周側(cè)，氣體包裹在液體的周側(cè)，氣體與整形管220的內(nèi)壁直接接觸，降低了整形管220的磨損率。
[0042]如圖8所示，含有磨料的中心水射流不與噴嘴230的內(nèi)壁直接接觸，緩沖介質(zhì)包裹在中心水射流的周側(cè)，緩沖介質(zhì)與噴嘴230的內(nèi)壁直接接觸。雖然緩沖介質(zhì)在噴嘴230中的流速大于中心水射流的流速，但是緩沖介質(zhì)中不含有磨料，這樣就大大的降低了噴嘴230的磨損率，延長了噴嘴230的使用壽命，提高了該水射流加工裝置的加工效率及加工的一致性。
[0043]作為一種可實施方式，整形管的出口 223的內(nèi)徑沿整形管220的軸向方向逐漸變小，由于質(zhì)量守恒定律及縮流效應(yīng)，使得中心水射流的流速沿整形管220的軸向方向逐漸變大。應(yīng)當清楚的是，整形管220的軸向方向是指整形管的第一入口 221到整形管的出口223的方向。這樣，包裹有緩沖介質(zhì)的中心水射流的速度在噴嘴230處的速度增加，即使只使用中等壓力(壓力小于400兆帕)，包裹有緩沖介質(zhì)的中心水射流從噴嘴230射出時的速度仍可以達到高壓(壓力大于400兆帕)時的速度。這樣，混砂腔210中的混合液的速度較低，降低了混砂腔210的磨損率