一種用於水射流加工的噴嘴及包含該噴嘴的多相水射流加工噴頭裝置的製作方法

2023-09-15 15:09:50 1

本實用新型屬於水射流切割技術領域，尤其涉及一種用於水射流加工的噴嘴及包含該噴嘴的多相水射流加工噴頭裝置。

背景技術：

水射流切割屬於冷卻切割，在切割過程中產生的熱量很少，並且熱量很快被流水帶走，所以不會造成工件切口附近的材料氧化、金像組織發生變化，也不會使工件發生變形，同時也避免了某些材料有害物質的揮發，所以在某些領域被廣泛運用。多相水射流切割技術，是在純水射流切割技術基礎上發展起來，它通過高速水射流卷吸例如金剛砂、石英砂等磨料，在磨料混合腔中與水射流形成混合體，磨料被水射流加速後以混合流形式，由磨料噴射管噴射，形成高速磨料水射流。眾所周知，水切割設備被廣泛用於各種軟硬質材料的切割中，且用途越來越廣。在對金屬等硬質材料進行切割時，為了提高切割效率，必須向高壓水中加入石榴石等磨料，使磨料在高壓水射流的帶動下快速衝擊被切材料表面輔助切割。

目前國內外超高壓水射流切割加工技術蓬勃發展和該技術的諸多優點，然而國內的超高壓液壓元件相對匱乏，多相水射流加工噴嘴的內部輪廓參數的優劣直接關係到整個噴嘴系統的加工質量的高低。如今工業中用的噴嘴的流道大多都是直線型的，主要有平直型噴嘴、錐形噴嘴和錐直型噴嘴這三種。但是，這些類型的噴嘴線形單一，噴嘴的流道對射流的阻力較大，而且射流的集束性和穩定性都比較差，射流的中心的動壓力值較小，軸向速度的衰減也較快；因此，傳統線性的噴嘴的能量消耗大，效率低，而且加工精度不高。並且射流對噴嘴的流道以及噴嘴的出口磨損比較嚴重。而在多相水射流切割裝置中，噴嘴是切割機最重要部分之一，直接影響切割質量、效率和可靠性。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型提供一種能增強水射流的集束性、穩定性且能減小沿程阻力的用於水射流加工的噴嘴；本實用新型的另一目的是提供一種提高切割效率、提升切割質量的包含上述噴嘴的多相水射流加工噴頭裝置。

一種用於水射流加工的噴嘴，包括依次相接注入段、過渡段和擴散段；注入段內開設依次相接的圓柱通道A、圓臺通道A；過渡段內開設依次相接的圓柱通道B、圓臺通道B；擴散段內開設依次相接的圓柱通道C、圓臺擴散通道；所有通道在相接之處的端面均重合，圓臺通道A的直徑從和圓柱通道A相接之處到和圓柱通道B的相接之處遞減，圓臺通道B的直徑從和圓柱通道B相接之處到和圓柱通道C的相接之處遞減，圓錐擴散通道的直徑從和圓柱通道B相接之處到噴嘴出口處遞增。

作為一種優選，圓柱通道A的直徑為7至9毫米，圓臺通道A的錐角度為50至70度。所述錐角度為錐角的度數，所述錐角是指圓錐的軸截面(經過圓錐的軸的截面)的兩條母線之間的角。

作為一種優選，圓柱通道B的直徑為0.7至0.9毫米，圓臺通道B的錐角度為36至44度。

作為一種優選，圓柱通道C的直徑為0.5至0.55毫米，圓臺擴散通道的錐角度為28至32度，且圓臺擴散通道的錐角方向與圓臺通道A、圓臺通道B的錐角方向相反。

一種包含上述噴嘴的多相水射流加工噴頭裝置，包括噴嘴和加砂管道，加砂管道內設有相通的用於加入磨料的磨料通道和用於通入水流的水流通道；噴嘴安裝在加砂管道上，噴嘴的圓柱通道A和加砂管道的水流通道相通。

作為一種優選，還包括連接箱、懸臂梁和滑動卡架，滑動卡架一端安裝在懸臂梁上且沿著懸臂梁方向滑動，連接箱安裝在滑動卡架的另一端，加砂管道安裝在連接箱上。

作為一種優選，連接箱為圓筒狀，一端設有圓環，加砂管道通過圓環安裝在連接箱上，在連接箱的圓筒壁上用螺栓和螺母將連接箱固定在滑動卡架上。

作為一種優選，懸臂梁為開設有長方體形通道的長方體，長方體的長大於寬、高，長方體形通道貫穿由寬、高構成的一對平行平面的兩端，其他四面的任一面設為導軌面，導軌面上開設有供滑動卡架滑動的軌道。

作為一種優選，滑動卡架包括依次相接的豎擋一、橫擋、豎擋二，橫擋和豎擋一、豎擋二均垂直，橫擋的長度和導軌面的寬度相等；安裝後的滑動卡架，豎擋一安裝在導軌面上，橫擋恰好覆蓋懸臂梁上和導軌面垂直的一面，豎擋二的一端覆蓋懸臂梁上和導軌面平行的一面，橫擋恰好覆蓋在懸臂梁導軌面上，豎擋二的一端及豎擋一均安裝在和導軌面垂直的一對平行平面上，豎擋二的另一端安裝連接箱。

作為一種優選，加砂管道的一端設有容納噴嘴注入段一端的凹槽，且通過若干螺釘將噴嘴固定加砂管道的凹槽處。

本實用新型的原理：磨料通道入口加入的磨料，在磨料通道和水流通道相通之處和水流混合後成為多相水流，多相水流沿著水流通道繼續流動，並進入安裝在加砂管道上的噴嘴，多相水流依次流過噴嘴的注入段、過渡段、擴散段，當多相水流經過過渡段，紊亂的水射流一定程度上穩定下來，降低了紊流形態；當多相水流經過擴散段，噴嘴出口處的附壁現象減少，射流的穩定性增強，射流的連續長度增加；從而在噴嘴出口處形成用於切割的穩定、連續的水射流。

懸臂梁安裝固定後，安裝在懸臂梁上的滑動卡架可以在導軌面上滑動。安裝在連接箱上的加砂管道能隨著滑動卡架在懸臂梁方向移動，安裝在加砂管道上的噴嘴也能隨著滑動卡架在懸臂梁方向移動；從而，水射流能隨著滑動卡架在懸臂梁方向移動，在待切割工件上切割出線型，完成切割工作。

本實用新型具有如下優點：(1)噴嘴過渡段的設計，對多相水流起到穩定作用，從而使紊亂的多相水流一定程度上穩定下來，降低了紊流形態。(2)擴散段的設計，在噴嘴出口處為發散角，即由圓柱通道C至噴嘴出口處，圓臺擴散通道的直徑遞增，這能夠減少噴嘴的出口處的附壁現象，使得水射流的穩定性增強，水射流的連續長度增加，從而形成更穩定、連續的水流。(3)通過對注入段、過渡段和擴散段的設計，噴嘴中的流道對多相水流的阻力減小，增強了多相水流的集束性和穩定性，優化了性能，提高了效率。(4)加砂管道設有相通的水流通道和磨料通道，因此，形成多相水流經噴嘴形成多相水射流作用於待切割產品，切割力度及效果更好。(5)懸臂梁上設有供滑動卡架滑動的導軌，因此噴頭裝置能夠沿著懸臂梁滑動，水射流能夠沿一定方向移動，從而在切割作業時可以根據需求切割出所需要的線型；並且，移動的水射流能夠在待切割產品多個位置施加切割力，更快速地完成切割作業。

附圖說明

圖1為包含用於水射流加工的噴嘴的多相水射流加工噴頭裝置的結構示意圖。

圖2為包含用於水射流加工的噴嘴的多相水射流加工噴頭裝置的左視圖。

圖3為用於水射流加工的噴嘴的前視圖。

圖4為用於水射流加工的噴嘴的結構示意圖。

圖5為圖4中上端的放大示意圖。

圖6為滑動卡架示意圖。

其中，1為滑動卡架，2為懸臂梁，3為螺母，4為彈簧墊圈，5為連接箱，6為螺栓，7為加砂管道，8為噴嘴，9為長方體形通道，10為水流通道，11為磨料通道，12注入段，13為過渡段，14為擴散段，15為圓柱通道A，16為圓臺通道A，17為圓柱通道B，18為圓柱通道C，19為圓臺通道B，20為圓臺擴散通道，21為豎擋一，22為橫擋，23為豎擋二。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步的具體說明。

實施例一：

一種用於水射流加工的噴嘴，包括依次相接注入段、過渡段和擴散段；注入段內開設依次相接的圓柱通道A、圓臺通道A；過渡段內開設依次相接的圓柱通道B、圓臺通道B；擴散段內開設依次相接的圓柱通道C、圓臺擴散通道；所有通道在相接之處的端面均重合，圓臺通道A的直徑從和圓柱通道A相接之處到和圓柱通道B的相接之處遞減，圓臺通道B的直徑從和圓柱通道B相接之處到和圓柱通道C的相接之處遞減，圓錐擴散通道的直徑從和圓柱通道B相接之處到噴嘴出口處遞增。水流依次流過相通的圓柱通道A、圓臺通道A、圓柱通道B、圓臺通道B、圓臺通道B、圓柱通道C、圓臺擴散通道，最後從出口射出。所述噴嘴為帶有錐度的圓臺體，各通道開設在噴嘴中心，通道相連貫通噴嘴的兩端。

本實施例中，圓柱通道A的直徑為8毫米，圓臺通道A的錐角度為60度；圓柱通道B的直徑為0.8毫米，圓臺通道B的錐角度為40度；圓柱通道C的直徑為0.53毫米，圓臺擴散通道的錐角度為30度，且圓臺擴散通道的錐角方向與圓臺通道A、圓臺通道B的錐角方向相反。因此，噴嘴出口處的直徑比圓柱通道C的直徑大。從圓柱通道A至圓柱通道C，噴嘴中心處的通道直徑不斷在縮小，至圓臺擴散通道時，為減少噴嘴的出口處的附壁現象，使得射流的穩定性增強，射流的連續長度增加，將圓臺擴散通道設計為發散角，即從圓柱通道C至出口，噴嘴通道的直徑在增加。

實施例二：

一種多相水射流加工噴頭裝置，包括實施例一所述噴嘴和加砂管道；包括噴嘴和加砂管道，加砂管道內設有相通的用於加入磨料的磨料通道和用於通入水流的水流通道；噴嘴安裝在加砂管道上，噴嘴的圓柱通道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處和水流混合後沿著水流通道進入噴嘴。

本實施例中，還包括連接箱、懸臂梁和滑動卡架，滑動卡架一端安裝在懸臂梁上且沿著懸臂梁方向滑動，連接箱安裝在滑動卡架的另一端，加砂管道安裝在連接箱上。

連接箱為圓筒狀，一端設有圓環，加砂管道通過圓環安裝在連接箱上，在連接箱的圓筒壁上用螺栓和螺母、彈簧墊圈將連接箱固定在滑動卡架上。

懸臂梁為開設有長方體形通道的長方體，長方體的長大於寬、高，長方體形通道貫穿由寬、高構成的一對平行平面的兩端，其他四面的任一面設為導軌面，導軌面上開設有供滑動卡架滑動的軌道。懸臂梁為具有長、寬、高的長方體，其中，長大於寬，長大於高，在寬、高構成的一對平行面上開設貫穿的長方體形通道，在其他四個面中任選一個開設導軌作為導軌面，導軌面上設有供滑動卡架滑動的軌道。所述導軌為在導軌面上開設矩形凹槽，凹槽沿著長方體形通道的方向的兩側安裝有限位板，限位板能將在凹槽中滑動的物體限制在凹槽中滑動。本實施例中，導軌面上開設有兩條矩形凹槽。

滑動卡架包括依次相接的豎擋一、橫擋、豎擋二，橫擋和豎擋一、豎擋二均垂直；安裝後的滑動卡架，豎擋一安裝在導軌面上，橫擋恰好覆蓋懸臂梁上和導軌面垂直的一面，豎擋二的一端覆蓋懸臂梁上和導軌面平行的一面，豎擋二的另一端安裝連接箱。豎擋一的內側設有「⊥」滑塊兩個，橫擋通過「⊥」滑塊安裝在導軌面上，並通過滑塊在矩形凹槽中滑動，從而帶動安裝在滑動卡架上的組件的滑動。

加砂管道的一端設有容納噴嘴注入段一端的凹槽，且通過若干螺釘將噴嘴固定加砂管道的凹槽處。加砂管道為圓柱狀，其一端開設有伸入連接箱和連接箱的圓環相匹配的臺階，另一端設有凹槽，凹槽的大小、形狀與噴嘴用於安裝在加砂管道的一端相適應。水流通道開設在加砂管道的中心部位，且貫穿加砂管道的兩端，水流通道的直徑和噴嘴的圓柱通道A的直徑相同。在加砂管道的圓柱面上開設磨料通道，磨料通道一端伸出加砂管道的圓柱面，磨料通道另一端和水流通道相通。磨料通道位於加砂管道兩端的中間位置處。

除了本實施例提及的方式外，上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。