磨料水射流鏡像切割實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及切割實驗裝置技術領域,尤其是一種磨料水射流鏡像切割實驗裝置,通過該裝置實現對硬脆材料進行高效精密切割加工,并保證一定的切割斷面質量。
【背景技術】
[0002]磨料水射流加工作為一種新型的特種加工技術,近年來得到了迅速發展。相對于其他的傳統加工技術而言,它具有無熱影響區、無工具磨損、反作用力小、加工范圍廣、加工柔性高、綠色環保以及操作簡單等優點。磨料水射流加工也漸漸地被應用在切割、車削、銑削和拋光等機械加工領域。在精密、微細加工領域,磨料水射流加工技術對高硬度、高脆性等難加工材料加工的精度不斷提高,擁有廣闊的應用前景。
[0003]硬脆材料的高硬度、高脆性及低斷裂韌性等固有特性,其加工工藝性比其他材料差很多,而且在磨料水射流切割工件過程中,由于射流能量隨著切深的增加而逐漸衰減,使得工件上下表面的切縫是上寬下窄的,切割斷面就呈一定錐度,同時由于射流斷面動能的分布不均和射流的偏轉滯后造成了磨料水射流切割斷面存在明顯的粗糙的條紋,以上缺陷嚴重降低了切割斷面的表面質量,限制了磨料水射流的應用和發展。
【發明內容】
[0004]本申請人針對上述現有生產技術中的缺點,提供一種結構合理的磨料水射流鏡像切割實驗裝置,從而通過一定空間方位的對稱傾角補償既可以保證在加工完成后切割斷面無明顯的錐度,無明顯的斜條紋,而且通過射流的疊加可以大大加強其切割能力。通過鏡像布置高壓噴嘴于切割前進方向兩側,既抵消了鏡像布置高壓噴嘴對工件切縫面的部分垂直切削力,又加強了工件深度方向和射流前進方向上的切削作用力,從而通過磨料水射流鏡像切割實驗裝置,可以對硬脆材料進行精密切削加工,不僅提高了磨料水射流切割斷面的表面質量,還可以降低切削加工時間,提高磨料水射流的切削加工效率。
[0005]本發明所采用的技術方案如下:
一種磨料水射流鏡像切割實驗裝置,包括機架,所述機架的中部通過定位裝置安裝工件,所述機架上通過支撐桿安裝有頂架,所述頂架上設置有橫向導軌,所述橫向導軌上安裝沿其滑動的噴頭升降機構,所述噴頭升降機構上固定有支撐架,所述支撐架成倒“Y”字形結構,所述支撐架上對稱相對安裝有高壓水噴嘴,所述支撐架的兩端分別安裝有電動機,所述高壓水噴嘴的頭部安裝有紅外線傳感器,兩個高壓水噴嘴的輸出口同時對準工件的切割位置,所述高壓水噴嘴的中部通過進砂管連接磨料罐,所述磨料罐位于機架的外側。
[0006]作為上述技術方案的進一步改進:
兩個高壓水噴嘴之間的夾角成15°-30° ;
噴頭升降機構的結構為:包括固定板,所述固定板的背部與橫向導軌配合連接,所述固定板的正面設置有豎向導軌,所述豎向導軌上安裝有沿其上下移動的滑塊,所述滑塊上固定支撐架; 所述機架的底部安裝有可調節墊腳。
[0007]本發明的有益效果如下:
本發明結構緊湊、合理,操作方便,運用該磨料水射流鏡像切割實驗裝置,利用鏡像布置(一定的空間方位)的雙高壓磨料水噴嘴噴射出的高速射流對工件進行切割,在切割過程中,射流束三個方向的分解,通過對稱地傾角補償射流沖擊工件斷面,可以有效地減小因射流能量衰減造成的切面錐度問題,通過沿切割前進方向上的一定傾角補償切割工件,可以有效地改善因射流的動能分布不均和射流偏轉滯后造成的明顯粗糙條紋缺陷問題,通過射流束在垂直工件方向的疊加,可以大大地增強磨料射流的切割能力。因此,本發明裝置大大地改善了磨料水射流切割斷面的表面質量,提高了切割效率。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明的結構示意圖。
[0009]圖2為本發明鏡像布置的噴嘴空間方位示意圖。
[0010]其中:1、可調節墊腳;2、機架;3、工件;4、紅外線傳感器;5、進砂管;6、高壓水噴嘴;
7、電動機;8、支撐架;9、磨料罐;10、噴頭升降機構;11、橫向導軌;12、頂架;601、噴嘴空間方位;602、射流能量沿垂直于工件方向的分解;603、射流能量沿切割前進方向的分解;604、射流能量沿切割斷面方向的分解;605、切割前進方向。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖,說明本發明的【具體實施方式】。
[0012]如圖1所示,本實施例的磨料水射流鏡像切割實驗裝置,包括機架2,機架2的中部通過定位裝置安裝工件3,機架2上通過支撐桿安裝有頂架12,頂架12上設置有橫向導軌11,橫向導軌11上安裝沿其滑動的噴頭升降機構10,噴頭升降機構10上固定有支撐架8,支撐架8成倒“Y”字形結構,支撐架8上對稱相對安裝有高壓水噴嘴6,支撐架8的兩端分別安裝有電動機7,高壓水噴嘴6的頭部安裝有紅外線傳感器4,兩個高壓水噴嘴6的輸出口同時對準工件3的切割位置,高壓水噴嘴6的中部通過進砂管5連接磨料罐9,磨料罐9位于機架2的外側。
[0013]兩個高壓水噴嘴6之間的夾角成15°-30°。
[0014]噴頭升降機構10的結構為:包括固定板,固定板的背部與橫向導軌11配合連接,固定板的正面設置有豎向導軌,豎向導軌上安裝有沿其上下移動的滑塊,滑塊上固定支撐架8。
[0015]機架2的底部安裝有可調節墊腳I。
[0016]本發明所述的機架2為水射流切割機床上的機架。
[0017]本發明將雙高壓磨料水射流噴嘴鏡像布置于工件3左右兩側(以一定的空間方位角度)。通過五軸數控水切割系統及電機來調節噴嘴的方位角,噴嘴可根據加工要求進行替換,兩個高壓噴嘴由數控系統控制,可進行雙聯動和獨立運動。
[0018]本發明紅外線傳感器4的設計,用來采集工件3的位移信號,信號經調理器放大濾波,輸入到位移采集卡,位移分析軟件采集數據并進行分析,即可獲得對應切割條件下的工件3位移情況。
[0019]本發明電動機7的設計,可以方便的調節高壓水噴嘴6的旋轉自由度,使其擺動,從而調節兩個高壓水噴嘴6的所在角度位置。
[0020]如圖1所示,磨料水射流鏡像切割實驗裝置主要由磨料水射流裝置和位移測量裝置等組成。水通過增壓器增壓至超高壓,再通過小孔水噴嘴進入高壓水噴嘴6混合室,形成高速水射流,并在混合室內產生一定的真空度,磨料在自重和壓力差的作用下從磨料罐9經過進砂管5被吸入混合室,經過一定的加速,壓力能轉換成動能,形成高速磨料射流,并以極高的速度經磨料噴嘴作用在工件3上。通過調節可調節墊腳I來保持機床處于水平位置,安裝在機床機架2上的噴頭升降機構可以隨時控制噴嘴到工件3的距離,固定在支撐架8上的電動機7結合五軸數控水切割系統來控制調節噴嘴的空間方位,當噴嘴方位按照圖2確定后,固定噴嘴,紅外線傳感器4固定在高壓噴嘴6上,進行工件3位移信號采集,經過傳出、處理、分析等步驟,獲得相應工況下的工件3位移情況。噴頭升降機構在機架導軌上以一定速度進行移動,從而形成磨料水射流對工件3的鏡像切割。
[0021]針對上述磨料水射流鏡像切割實驗裝置,為了便于驗證加工后切割斷面的表面質量確實得到了較好的改善,在進行磨料水射流鏡像切割硬脆材料加工前,先對相同的工件3,在相同工工況下進行無傾角補償的切割加工(單個噴嘴垂直于工件3切割),得出加工后切割斷面的表面形貌和表面粗糙度以及完成一次切割所需時間,然后再與接下來的磨料水射流鏡像切割進行對比。
[0022]使用該磨料水射流鏡像切割實驗裝置對硬脆材料工件3加工時,應根據加工要求,合理選擇好磨料種類,設置恰當的噴射壓力、磨料流量及噴射靶距等工藝參數,且以圖2所示的一定空間方位角固定布置鏡像兩噴嘴。兩個高壓水噴嘴6形成噴嘴空間方位601,通過噴嘴空間方位601的能量分解,分解出射流能量沿垂直于工件方向的分解602、射流能量沿切割前進方向的分解603和射流能量沿切割斷面方向的分解604,同時形成切割前進方向605,噴嘴空間方位601和射流能量沿垂直于工件方向的分解602之間的角度控制在5°-10°。同時應確保兩噴嘴各工藝參數相同,這樣對工件3進行磨料水射流鏡像切割,切割完成后利用表面粗糙度儀測量其斷面粗糙度值,通過測量切縫上下寬度間接得出其斷面錐度,利用電子掃描顯微鏡(SEM)觀察其斷面形貌。
[0023]加工結束后,切斷所有電源,清理加工現場,分拆各個裝置,對各部分進行清潔、干燥等處理,并定期進行相應的維護和保養,以供下次加工繼續使用。
[0024]以上描述是對本發明的解釋,不是對發明的限定,本發明所限定的范圍參見權利要求,在本發明的保護范圍之內,可以作任何形式的修改。
【主權項】
1.一種磨料水射流鏡像切割實驗裝置,其特征在于:包括機架(2),所述機架(2)的中部通過定位裝置安裝工件(3),所述機架(2)上通過支撐桿安裝有頂架(12),所述頂架(12)上設置有橫向導軌(U),所述橫向導軌(11)上安裝沿其滑動的噴頭升降機構(10),所述噴頭升降機構(10)上固定有支撐架(8),所述支撐架(8)成倒“Y”字形結構,所述支撐架(8)上對稱相對安裝有高壓水噴嘴(6),所述支撐架(8)的兩端分別安裝有電動機(7),所述高壓水噴嘴(6)的頭部安裝有紅外線傳感器(4),兩個高壓水噴嘴(6)的輸出口同時對準工件(3)的切割位置,所述高壓水噴嘴(6)的中部通過進砂管(5)連接磨料罐(9),所述磨料罐(9)位于機架(2)的外側。2.如權利要求1所述的磨料水射流鏡像切割實驗裝置,其特征在于:兩個高壓水噴嘴(6)之間的夾角成15°-30°。3.如權利要求1所述的磨料水射流鏡像切割實驗裝置,其特征在于:噴頭升降機構(10)的結構為:包括固定板,所述固定板的背部與橫向導軌(11)配合連接,所述固定板的正面設置有豎向導軌,所述豎向導軌上安裝有沿其上下移動的滑塊,所述滑塊上固定支撐架(8)。4.如權利要求1所述的磨料水射流鏡像切割實驗裝置,其特征在于:所述機架(2)的底部安裝有可調節墊腳(I)。
【專利摘要】本發明涉及一種磨料水射流鏡像切割實驗裝置,包括機架,所述機架的中部通過定位裝置安裝工件,所述機架上通過支撐桿安裝有頂架,所述頂架上設置有橫向導軌,所述橫向導軌上安裝沿其滑動的噴頭升降機構,所述噴頭升降機構上固定有支撐架,所述支撐架成倒“Y”字形結構,所述支撐架上對稱相對安裝有高壓水噴嘴,所述支撐架的兩端分別安裝有電動機,所述高壓水噴嘴的頭部安裝有紅外線傳感器,所述高壓水噴嘴的中部通過進砂管連接磨料罐,所述磨料罐位于機架的外側。改善了磨料水射流切割斷面的表面質量,提高了切割效率。
【IPC分類】B24C5/02, B24C5/04, B24C3/04, B24C9/00
【公開號】CN105437085
【申請號】CN201510967134
【發明人】陳正雄, 武美萍, 王志敏, 張文超, 趙延超, 強爭榮, 張瑜, 于海霞
【申請人】江南大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月22日