水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構的制作方法
【專利摘要】水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，包括由不銹鋼圍閉的高壓缸本體，高壓缸本體內腔內嵌設內層；內層內增設密封圈定位套；密封圈定位套與內層垂直設置；密封圈定位套至少為兩個，且平行對設；內層材質為TC4鈦合金。本實用新型增設鈦合金內層及縱向密封圈定位套，雙層承壓，分散高壓缸單位面積上的壓強，高壓缸外層不受高壓膨脹作用，一旦高壓缸內層破損，高壓水射出，壓力會馬上減少，高壓水不會外射傷人，其結構合理，標準化生產，安全性能可靠，產品使用壽命可延長30%左右，不受適用環境條件制約，可廣泛應用于需要的場所，其自身具有的優勢適應當今社會需求，成本可降低30%左右，市場經濟效益廣闊。
【專利說明】水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種水刀高壓增壓器高壓缸的結構，特別涉及水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構。
【背景技術】
[0002]現有技術中，高硬度材料如:石材、陶瓷板、金屬的切割技術中,數控超高壓水切割技術已得到廣泛應用。
[0003]現有超高壓水切割技術的高壓水發生裝置主要采用液壓推動的柱塞式增壓器，柱塞式增壓器將水加壓至300?400MPa，然后使高壓水從一非常小的孔(一般為0.3mm)高速射出，高速射出的水流帶動砂子在被切割材料上形成切口。
[0004]由于砂子的硬度很高，成本低，切割速度快，切口尺寸比較好，切口損耗材料少，水刀切割方法可廣泛用于高硬度材料如:石材、陶瓷板、金屬的切割技術中。
[0005]利用數控技術控制，水刀切割在上述材料的曲線加工中有明顯的優勢。
[0006]產生高壓水的柱塞式增壓器(參見圖1)，包括設于油缸前方的高壓缸，設于油缸內、與油缸活塞傳動連接的陶瓷推桿，高壓缸包括高壓缸本體，高壓缸本體包括由SS630不銹鋼圍閉的高壓缸內腔，所述高壓缸內腔設有防止高壓水泄露及用于固定密封圈的密封圈定位管，陶瓷推桿滑設于高壓缸內腔。
[0007]柱塞式增壓器的工作原理是通過10?20 M P a的液壓油推動油缸活塞I帶動截面積為油缸活塞I面積1/20陶瓷推桿2，使陶瓷推桿2產生300?400 M P a的高壓水。
[0008]在此工作條件下，陶瓷推桿2產生高壓水的高壓缸4承受每分鐘50-100次的交變應力，并存在水的腐蝕現象，故其主要組件高壓缸4的材料必須具備良好耐壓、耐沖擊、耐腐蝕的特質，耐疲勞性能是高壓缸最重要的性能。
[0009]現在市場上用于制作高壓缸4的材料主要以SS630不銹鋼為主，SS630不銹鋼是馬氏體沉淀硬化不銹鋼，具有高強度，高硬度，較好的焊接性能和耐腐蝕性能。
[0010]SS630不銹鋼一般用于制作具有一定耐腐蝕要求的高強度零部件。
[0011]普通不銹鋼一般屈服強度只有200 MP a左右，在300?400 MP a壓力工作條件下，因強度不夠產生變形，引起漏水，故不能使用。
[0012]目前國內制作的SS630高壓缸的使用壽命均短于進口的SS630高壓缸，一般不能在350 M P a高壓條件下長期工作。
[0013]目前國產的高壓缸在380 M P a的工作條件下，使用壽命一般不超過2000小時。
[0014]由于高壓缸在380?400 M P a超高壓工作條件下開裂，會射出高壓水流，這種現象存在潛在危險的性，導致現有技術的高壓缸安全性差，使用壽命短。
[0015]制作高壓缸的材料SS630不銹鋼屬馬氏體沉淀硬化不銹鋼，這種航空使用的高強度不銹鋼具備良好的強度和硬度及非常突出的抗疲勞強度，但SS630不銹鋼必需通過復雜的熱處理來實現高性能，馬氏體沉淀硬化不銹鋼在熱處理時產生的馬氏體體積會發生膨脹，必須采取固溶處理使馬氏體沉淀硬化不銹鋼的組織消除其應力，馬氏體沉淀硬化不銹鋼才能充分實現其高性能，特別是對應力非常敏感的疲勞強度熱處理工藝是關鍵環節。
[0016]由于馬氏體沉淀硬化不銹鋼在熱處理后需很長時間其組織才能穩定，如SS630不銹鋼屬馬氏體沉淀硬化不銹鋼在熱處理后的硬度指標的要2000?3000小時才能穩定，即SS630材料釋放殘余應力的時效時間要很長，往往要2000小時以上才能獲得良好的疲勞強度。而材料供應商供應的SS630不銹鋼均是退火狀態低強度材料，必須經熱處理才能實現高的強度要求。
[0017]故這類不銹鋼實現其高強度性能的條件和時間是不易實現的。此原因是高壓缸使用壽命不理想的主要因素。
[0018]因此，現有市場國內產品使用壽命短，需經常更換，配件使用量大，維修成本高，特別是安全系數低，潛在的高壓缸破裂傷人的危險。
[0019]綜上，現有技術存在:結構不合理，安全性差，材質成本高，制作難度大，成本高，使用壽命短的缺陷。
【發明內容】
[0020]本實用新型的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種設計巧妙、結構新穎、合理，承壓效果好、安全性好、節能、環保、適用性廣、使用壽命長、具有廣闊經濟效益的水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構。
[0021]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0022]水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，包括由不銹鋼圍閉的高壓缸本體，所述高壓缸本體內腔內嵌設內層，所述內層內增設密封圈定位套。
[0023]所述密封圈定位套與內層垂直設置。
[0024]所述密封圈定位套至少為兩個。
[0025]所述密封圈定套平行對設。
[0026]所述內層材質為鈦合金。
[0027]所述鈦合金為TC4鈦合金。
[0028]本實用新型采用上述技術方案后可達到如下有益效果:
[0029]1、創造性。本實用新型克服了現有技術的缺陷，使國產高壓缸允許的300?350MP a壓力的工作條件，提高到380?400 MP a (該工作條件與國外產品相同)，工作壓力條件的提升，可提聞水刀的切割效率。
[0030]在同等工作條件下，本實用新型可大幅度提高使用壽命。
[0031]由于水刀設備中，高壓缸屬于易損部件，維修成本很高。
[0032]本實用新型采取的材料均能國產化，材料價格較低，熱處理工藝簡單(SS630不銹鋼材料在此實用新型制作的高壓缸結構中，SS630不銹鋼材料主要考慮強度，一般的熱處理工藝即可滿足其要求)，可顯著降低高壓缸的制作成本，提高高壓缸的使用壽命。
[0033]2、安全性能可靠。本實用新型為雙層承壓，縱向設置的密封圈定位套亦使高壓缸局部壓強分解，高壓缸外層不受高壓膨脹作用，一旦高壓缸內層破損，高壓水射出，壓力會馬上減少，高壓水不會外射傷人，其結構合理、簡單，可采用標準化生產，安全性能可靠。
[0034]3、節能、環保。本實用新型應用于適用環境時，節約了能源，提高了工作效率，降低了工人的工作強度。[0035]本實用新型較現有技術性能指數更佳，產品使用壽命可延長30%左右。
[0036]4、持久耐用。本實用新型由于其材質選取科學，故其性能穩定，使用壽命長。
[0037]5、適用范圍廣。本實用新型不受適用環境條件制約，可廣泛應用于需要的場所。
[0038]6、市場經濟效益廣闊。本實用新型由于其自身具有的優勢，能適應當今社會的需求，成本可降低30%左右，市場經濟效益廣闊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為柱塞式增壓器的結構示意圖；
[0040]圖2為柱塞式增壓器的高壓缸的結構示意圖；
[0041]圖3為本實用新型的結構示意圖。
[0042]附圖標記說明 [0043]1、油缸活塞2、陶瓷推桿3、油缸4、高壓缸5、高壓缸內腔6、密封圈定位管7、高壓缸內層8、密封圈定位套。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明:
[0045]參見圖1
[0046]圖1為柱塞式增壓器的結構示意圖。在圖1中，柱塞式高壓增壓器，包括設于油缸3內，后方設有油缸活塞I的陶瓷推桿2，陶瓷推桿2滑設于高壓缸4內，所述高壓缸4包括高壓缸本體，高壓缸本體包括由SS630不銹鋼圍閉的高壓缸內腔5，所述高壓缸內腔5設有防止高壓水泄露及用于固定密封圈的密封圈定位管6。
[0047]通過10~20 M P a的液壓油推動油缸活塞I帶動截面積為油壓活塞面積1/20陶瓷推桿2，使陶瓷推桿2產生300~400 M P a高壓水。
[0048]在此工作條件下，陶瓷推桿2產生高壓水的高壓缸4承受每分鐘50-100次的交變應力，并存在水的腐蝕現象，故其主要組件高壓缸4的材料必須具備良好耐壓、耐沖擊、耐腐蝕。耐疲勞性能是高壓缸4最重要的性能。
[0049]參見圖2
[0050]圖2為柱塞式增壓器的高壓缸的結構示意圖。在圖2中，高壓缸4包括由不銹鋼圍閉的高壓缸內腔5，所述高壓缸內腔5外圍設有防止高壓水泄露及固定密封圈的密封圈定位管6。
[0051 ] 所述不銹鋼可以采用SS630不銹鋼。
[0052]現在市場上用于制作高壓缸4的材料主要以SS630不銹鋼為主，SS630是馬氏體沉淀硬化不銹鋼，具有高強度，高硬度，較好的焊接性能和耐腐蝕性能。
[0053]一般用于制作具有一定耐腐蝕要求的高強度零部件，普通不銹鋼一般屈服強度只有200 M P a左右，在300~400 M P a壓力工作條件下，因強度不夠產生變形，引起漏水，故不能使用。
[0054]目前國內制作的SS630高壓缸的使用壽命均短于進口的SS630高壓缸，一般不能在350 M P a高壓條件下長期工作。
[0055]目前國產的高壓缸在380 M P a使用壽命一般不超過2000小時。[0056]由于高壓缸在380~400 M P a超高壓工作條件下開裂，會射出高壓水流，這種現象會潛在很大的危險。
[0057]制作高壓缸的材料SS630不銹鋼屬馬氏體沉淀硬化不銹鋼，這種航空使用的高強度不銹鋼具備良好的強度和硬度及非常突出的疲勞強度，但SS630不銹鋼屬馬氏體沉淀硬化不銹鋼，這類不銹鋼必需通過復雜的熱處理來實現高性能。
[0058]馬氏體沉淀硬化不銹鋼在熱處理時產生的馬氏體體積會發生膨脹，必須采取固溶處理使馬氏體沉淀硬化不銹鋼的組織消除其應力，馬氏體沉淀硬化不銹鋼才能充分實現其高性能，特別是對應力非常敏感的疲勞強度熱處理工藝是關鍵環節。
[0059]由于馬氏體沉淀硬化不銹鋼在熱處理后需很長時間其組織才能穩定，如SS630不銹鋼屬馬氏體沉淀硬化不銹鋼在熱處理后的硬度指標的要2000~3000小時才能穩定，即SS630材料釋放殘余應力的時效時間要很長，往往要2000小時以上才能獲得良好的疲勞強度。而材料供應商供應的SS630不銹鋼均是退火狀態低強度材料，必須經熱處理才能實現高的強度要求。
[0060]參見圖3
[0061]圖3為本實用新型的結構示意圖。在圖3中，水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，包括高壓缸4本體，所述高壓缸本體4包括由不銹鋼圍閉的高壓缸內腔5，所述高壓缸內腔5內增設內層7，所述內層7內增設密封圈定位套8。
[0062]密封圈定位套8與內層7可垂直設置。
[0063]密封圈定位套8至少可以設置兩個，且平行對設。
[0064]內層7為鈦合金內層，所述鈦合金可采用TC4鈦合金或其他適用材料。
[0065]本實用新型將現有使用單一材料SS630不銹鋼制作的高壓缸4改變為兩種材料制作。采用兩種高強度材料制造的高壓缸4結構，其缸體外層采用SS630馬氏體沉淀硬化不銹鋼，高壓缸內腔5采用T C 4鈦合金制造。
[0066]高壓缸4體外層采用SS630馬氏體沉淀硬化不銹鋼，利用其高強度性能，由于高壓缸4外層結構主要是承受交變的拉應力，此類受力形式可充分利用SS630不銹鋼的高強度，單一采用SS630不銹鋼制造的高壓缸4，由于一般的熱處理工藝難以保證材料內部應力很好的消除，其高壓缸4內部受交變膨脹工作時，高壓缸內腔5會交變膨脹受力，而高壓缸4外層組織與內層組織變形和受力的不同，會使高壓缸4承受非常復雜的受力情況，由于應力置加的情況，會使缸體存在非常大的應力，容易引起聞壓缸開裂。
[0067]本實用新型的雙層材料結構的高壓缸4，內層7與外層是鑲配結構，該結構使高壓缸4外層的SS630不銹鋼不會因內層7金屬腔結構變化受力形式產生嚴重的變化，即高壓缸4外層始終是受交變拉應力，高壓缸4外層并不與高壓水接觸，高壓缸4變高壓的膨脹作用對其影響很小，單一缸體是在高壓水交變膨脹條件下工作。
[0068]本實用新型的外層SS630缸體在400MPa高壓工作時，受的拉應力僅相當于其材料強度15~20%，故此結構強度非常可靠，即使高壓缸T C 4內層開裂，外層的SS630不銹鋼會將內腔開裂射出的高壓水封閉在SS630不銹鋼內腔中，可有效的防止高壓缸開裂，高壓水流傷人的問題。
[0069]本實用新型高壓缸內腔5采用T C 4鈦合金制造，這種材料具有與SS630近似的力學性能，抗疲勞強度突出，特別是此類材料熱處理后組織的穩定性好，殘余應力低，材料的線膨脹系數比SS630不銹鋼明顯低。
[0070]此性能使得T C 4材料在高壓缸體內水溫變化時(高壓缸工作時內腔的水溫是變化的，進水是常溫，推出時水會變高，溫度可達100度)，即高壓缸內每分鐘溫度發生50-100次變化，這種工作條件使高壓缸內壁金屬會產生交變的熱疲勞損傷)。
[0071]在高壓缸4承受高壓時，T C 4內腔與高壓缸SS630不銹鋼外層產生變形，此變形可消除材料承受的應力，降低應力引起高壓缸體開裂的危險。
[0072]本實用新型在高壓缸內層7內增設密封圈定位套8，該密封圈定位套8可與高壓缸內層7呈垂直設置，密封圈定位套8至少可以設置兩個，且平行對設，高壓缸內層7的增設及密封圈定位套8的設置，使高壓缸4的承壓性能更好，密封效果更好。
[0073]本實用新型的其他工藝可采用現有技術。
[0074]本實用新型的最佳實施例已經闡明，本領域的普通技術人員根據本實用新型做出的進一步拓展均落入本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，包括由不銹鋼圍閉的高壓缸本體，其特征在于:所述高壓缸本體內腔內嵌設內層，所述內層內增設密封圈定位套。
2.根據權利要求1所述的水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，其特征在于:所述密封圈定位套與內層垂直設置。
3.根據權利要求1或2所述的水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，其特征在于:所述密封圈定位套至少為兩個。
4.根據權利要求1、2或3任一所述的水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，其特征在于:所述密封圈定位套平行對設。
5.根據權利要求1所述的水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，其特征在于:所述內層材質為鈦合金。
6.根據權利要求5所述的水刀高壓缸內嵌鈦合金內膽結構，其特征在于:所述鈦合金為TC4鈦合金。
【文檔編號】F15B15/14GK203770290SQ201420175839
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】王偉亢 申請人:佛山市能博機電有限公司