專利名稱：一種超高壓水切割用寶石噴嘴的寶石座的制作方法
技術領域：
本發明是一種超高壓水切割用寶石噴嘴的寶石座，屬于水切割機制造技術領域。
背景技術：
在超高壓水切割過程中，水射流的集束性普遍較差，射流水束的擴散速度很快，這 主要帶來兩個方面的問題，一是在使用純水為介質進行切割時，純水切割頭的靶距需要控 制在很小的范圍內；二是在磨料水切割中，磨料水切割頭內的磨料混合效率較低，混合室 內的磨料沉積量大，混合管的磨損十分嚴重。噴嘴是影響射流質量進而影響到切割效率 的關鍵設備，為了增強水射流的集束性，通常的做法是將普通的圓柱形噴孔設計成具有良 好流線的形狀，如專利號為US4221271美國專利水射流切割噴嘴的收縮部分(Water jet cutting nozzletransition section)，該專利中的水射流切割噴嘴的噴孔為截面漸縮的 等腰梯形，該專利在理論上可以達到很好的效果。但是，目前在水切割機中，寶石噴嘴使用 較多，寶石噴嘴是將帶噴孔的寶石鑲嵌在寶石座上。而在噴嘴的實際制造過程中，要在尺寸 很小的寶石噴孔(噴孔直徑在0. 1 0. 4mm之間)上加工出良好的流線形在工藝上很難實 現，即使可以，加工成本相對高昂且很難保證寶石孔壁面及其他部位的完好，再者，寶石是 水切割中最易磨損的部件之一，更換頻繁，因此對寶石噴孔進行改造不具備較高的經濟性， 在水切割機行業內類似方案也很少被采用，目前應用廣泛的噴孔形狀仍為最普通的圓柱 形。寶石嵌配在寶石座上，寶石座的結構對射流特性也有很大影響，目前普遍使用的寶石座 結構均十分簡單，其作用僅是單純地作為寶石的載體，而其結構對射流質量的影響則很少 被關注。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，本發明是一種具有良好的出入口流線形和特殊出 口結構的寶石座，使射流由寶石孔噴射出來以后所受到的空氣摩擦和流動擾動強度降低， 顯著加大了射流的水線長度，提高了水切割的靶距范圍和磨料水射流混合室內的混合效 率。而且，對寶石座加工工藝相對簡單，因此本發明可實現性強，同時以更低的制造成本獲 得顯著的效果。本發明的技術方案是，寶石座的入口流道是剖面為等腰梯形的漸縮錐臺，入口流 道對流入的高壓水進行整流，降低其流動的湍流強度，減小原始擾動。入口流道下游是寶石 嵌孔，寶石嵌孔是剖面為矩形的圓柱，用于鑲嵌寶石。寶石嵌孔下方為寶石座出口流道，出 口流道分為兩個部分，上半部分為出口流道A，出口流道A為圓柱形，下半部分為出口流道 B，出口流道B是剖面為等腰梯形的漸擴的錐臺，這樣的出口具有良好的流線形，使流道截 面的變化有一個平穩的過渡，避免噴射過程中因流道突然變化而對射流產生擾動。出口流 道B外的座體特殊輪廓為圓柱形臺階結構，這種結構可以阻擋作業中噴嘴附近受噴嘴內部 低壓區卷吸而向噴嘴內側流動的空氣，使射流在射出噴嘴時與外界空氣的摩擦減小，為了 保證產生有益于增強射流集束性的效果并考慮到寶石座的承壓能力，出口流道A與出口流道B的長度比定為1 1，出口流道B的錐角為30°到90°。本發明的寶石座座體的外部 輪廓形狀，除出口流道B外部的出口結構部分，即座體特殊輪廓，其他部分(寶石座座體普 通輪廓)根據寶石座與切割頭主體的配合要求設計。本發明的有益效果是，對于水切割中的超高壓射流與空氣的摩擦對射流集束性的 不利影響十分顯著。本發明明顯減弱了噴嘴附近射流與空氣的摩擦強度，使射流擴散程度 明顯下降，水線長度顯著加長。加大了水切割的有效靶距，也提高了磨料水射流切割頭內部 的混合效率并減小了其內部磨損，產生的總體效果是提高了水切割的效率；同時由于有效 靶距內的射流半徑有所減小，也提高了純水切割的切割精度。經測試證明，使用本發明的 寶石噴嘴與使用普通寶石座的寶石噴嘴相比，在寶石相同的情況下，400MPa時的水線長度 (射流半徑加倍時的噴射距離)由12. 6mm加長至22. 7mm，射流的初始半徑由0.73mm減小 至 0. 46mm。
圖1為本發明中心截面剖視圖。圖2為本發明與一種純水切割頭的裝配示意圖。圖3為采用本發明的噴嘴與采用普通寶石座的噴嘴產生的射流對比。圖中，1，入口流道；2，寶石嵌孔；3，出口流道A ;4，出口流道B;5，座體特殊輪廓； 6，座體普通輪廓；7，出口端面；8，寶石座座體；9，高壓水管；10，寶石；11，金屬環；12，純水 切割頭主體。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進一步說明。結合圖1，寶石座由45號鋼制成，包括入口流道1、寶石嵌孔2、出口流道A3和出口 流道B4、座體特殊輪廓5 (虛線以下的輪廓)、座體普通輪廓6 (虛線以上的輪廓)、寶石座座 體8。入口流道1設計為漸縮形，錐角在15° 30°之間。入口流道下游是圓柱形的寶石 嵌孔2，可以鑲嵌寶石10 (紅寶石或是藍寶石)及其周圍的金屬環11。寶石嵌孔2下方為寶 石座出口流道，分為兩個部分，出口流道A3為圓柱形，出口流道B4為漸擴的錐形，這樣的出 口具有良好的流線。為了保證產生有益于增強射流集束性的效果并考慮到寶石座的承壓能 力，將出口流道A3和出口流道B4的長度比為1 2，出口流道A3的深度為1 1.5mm，出 口流道B4的錐角為30° 90°，60°為推薦值。寶石座座體特殊輪廓5的圓柱形臺階高 度為1 1. 5mm,出口端面7的壁厚為0. 2 0. 5mm，盡量采用較小值，邊緣采用削邊處理。寶石座外部結構根據純水切割頭或是磨料水切割頭的結構按配合要求設計為相 應形狀。例如，圖2為本發明與高壓水管9、寶石10、純水切割頭主體12的裝配示意圖，若 與圖2中的純水切割頭主體12進行配合，則將外部結構設計為一段圓柱形和一段漸縮的錐 形。圖3為測試中本發明與普通寶石座的使用效果對比。在測試中，本發明的出口流 道B的錐角為60°，使用的寶石孔徑為0. 25mm，工作壓力為400MPa。將應用本發明和普通寶 石座的噴嘴產生的超高壓水射流進行對比，分別測量其水線長度(圖中白色箭頭所示)和 初始直徑(射流在噴嘴出口端面處的直徑)，得到結果本發明對應的水線長度為22. 7mm,初始半徑為0. 46mm ；普通寶石座對應的水線長度為12. 6mm，初始半徑為0. 73mm。結果說明 本發明可以提高水射流的集束性及水射流的切割能力。
權利要求
一種超高壓水切割用寶石噴嘴的寶石座，其特征在于，包括入口流道(1)、寶石嵌孔(2)、出口流道A(3)和出口流道B(4)、座體特殊輪廓(5)、座體普通輪廓(6)、寶石座座體(8)；所述入口流道(1)為漸縮錐形，錐角為15°～30°；所述入口流道(1)下游是圓柱形的寶石嵌孔(2)；所述寶石嵌孔(2)下方為寶石座出口流道，出口流道分為兩個部分，出口流道A(3)為圓柱形，出口流道B(4)為漸擴的錐形；所述座體特殊輪廓(5)設有圓柱形臺階，所述圓柱形臺階的高度為1～1.5mm，所述出口流道B(4)的出口端面(7)的壁厚為0.2～0.5mm，邊緣削邊處理。
2.根據權利要求1所述的一種超高壓水切割用寶石噴嘴的寶石座，其特征在于，所述 出口流道A(3)和出口流道B(4)的長度比為1 2。
3.根據權利要求1所述的一種超高壓水切割用寶石噴嘴的寶石座，其特征在于，所述 出口流道B (4)的深度為1 1.5mm、錐角為30° 90°，錐角為60°為推薦值。
全文摘要
本發明公開了一種超高壓水切割用寶石噴嘴的寶石座，屬于水切割機制造領域，包括入口流道(1)、寶石嵌孔(2)、出口流道A(3)和出口流道B(4)、座體特殊輪廓(5)、座體普通輪廓(6)、寶石座座體(8)。入口流道(1)為漸縮錐形，錐角為15°～30°；入口流道(1)下游是圓柱形的寶石嵌孔(2)；寶石嵌孔(2)下方為寶石座出口流道，出口流道分為兩個部分，出口流道A(3)為圓柱形，出口流道B(4)為漸擴的錐形；座體特殊輪廓(5)設有圓柱形臺階，圓柱形臺階的高度為1～1.5mm，出口流道B(4)的出口端面(7)的壁厚為0.2～0.5mm，邊緣削邊處理。本發明增強了水切割中水射流的集束性，提高了切割效率。
文檔編號B24C5/04GK101823236SQ20101015379
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者康燦, 楊敏官, 王育立, 程軼倫, 陳波 申請人:江蘇大學;南京大地水刀股份有限公司