一种超高压水切割用宝石喷嘴的宝石座制造技术

本发明专利技术公开了一种超高压水切割用宝石喷嘴的宝石座，属于水切割机制造领域，包括入口流道（１）、宝石嵌孔（２）、出口流道Ａ（３）和出口流道Ｂ（４）、座体特殊轮廓（５）、座体普通轮廓（６）、宝石座座体（８）。入口流道（１）为渐缩锥形，锥角为１５°～３０°；入口流道（１）下游是圆柱形的宝石嵌孔（２）；宝石嵌孔（２）下方为宝石座出口流道，出口流道分为两个部分，出口流道Ａ（３）为圆柱形，出口流道Ｂ（４）为渐扩的锥形；座体特殊轮廓（５）设有圆柱形台阶，圆柱形台阶的高度为１～１．５ｍｍ，出口流道Ｂ（４）的出口端面（７）的壁厚为０．２～０．５ｍｍ，边缘削边处理。本发明专利技术增强了水切割中水射流的集束性，提高了切割效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种超高压水切割用宝石喷嘴的宝石座，属于水切割机制造

技术介绍
在超高压水切割过程中，水射流的集束性普遍较差，射流水束的扩散速度很快，这 主要带来两个方面的问题，一是在使用纯水为介质进行切割时，纯水切割头的靶距需要控 制在很小的范围内；二是在磨料水切割中，磨料水切割头内的磨料混合效率较低，混合室 内的磨料沉积量大，混合管的磨损十分严重。喷嘴是影响射流质量进而影响到切割效率 的关键设备，为了增强水射流的集束性，通常的做法是将普通的圆柱形喷孔设计成具有良 好流线的形状，如专利号为US4221271美国专利水射流切割喷嘴的收缩部分(Water jet cutting nozzletransition section)，该专利中的水射流切割喷嘴的喷孔为截面渐缩的 等腰梯形，该专利在理论上可以达到很好的效果。但是，目前在水切割机中，宝石喷嘴使用 较多，宝石喷嘴是将带喷孔的宝石镶嵌在宝石座上。而在喷嘴的实际制造过程中，要在尺寸 很小的宝石喷孔(喷孔直径在0. 1 0. 4mm之间)上加工出良好的流线形在工艺上很难实 现，即使可以，加工成本相对高昂且很难保证宝石孔壁面及其他部位的完好，再者，宝石是 水切割中最易磨损的部件之一，更换频繁，因此对宝石喷孔进行改造不具备较高的经济性， 在水切割机行业内类似方案也很少被采用，目前应用广泛的喷孔形状仍为最普通的圆柱 形。宝石嵌配在宝石座上，宝石座的结构对射流特性也有很大影响，目前普遍使用的宝石座 结构均十分简单，其作用仅是单纯地作为宝石的载体，而其结构对射流质量的影响则很少 被关注。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，本专利技术是一种具有良好的出入口流线形和特殊出 口结构的宝石座，使射流由宝石孔喷射出来以后所受到的空气摩擦和流动扰动强度降低， 显著加大了射流的水线长度，提高了水切割的靶距范围和磨料水射流混合室内的混合效 率。而且，对宝石座加工工艺相对简单，因此本专利技术可实现性强，同时以更低的制造成本获 得显著的效果。本专利技术的技术方案是，宝石座的入口流道是剖面为等腰梯形的渐缩锥台，入口流 道对流入的高压水进行整流，降低其流动的湍流强度，减小原始扰动。入口流道下游是宝石 嵌孔，宝石嵌孔是剖面为矩形的圆柱，用于镶嵌宝石。宝石嵌孔下方为宝石座出口流道，出 口流道分为两个部分，上半部分为出口流道A，出口流道A为圆柱形，下半部分为出口流道 B，出口流道B是剖面为等腰梯形的渐扩的锥台，这样的出口具有良好的流线形，使流道截 面的变化有一个平稳的过渡，避免喷射过程中因流道突然变化而对射流产生扰动。出口流 道B外的座体特殊轮廓为圆柱形台阶结构，这种结构可以阻挡作业中喷嘴附近受喷嘴内部 低压区卷吸而向喷嘴内侧流动的空气，使射流在射出喷嘴时与外界空气的摩擦减小，为了 保证产生有益于增强射流集束性的效果并考虑到宝石座的承压能力，出口流道A与出口流道B的长度比定为1 1，出口流道B的锥角为30°到90°。本专利技术的宝石座座体的外部 轮廓形状，除出口流道B外部的出口结构部分，即座体特殊轮廓，其他部分(宝石座座体普 通轮廓)根据宝石座与切割头主体的配合要求设计。本专利技术的有益效果是，对于水切割中的超高压射流与空气的摩擦对射流集束性的 不利影响十分显著。本专利技术明显减弱了喷嘴附近射流与空气的摩擦强度，使射流扩散程度 明显下降，水线长度显著加长。加大了水切割的有效靶距，也提高了磨料水射流切割头内部 的混合效率并减小了其内部磨损，产生的总体效果是提高了水切割的效率；同时由于有效 靶距内的射流半径有所减小，也提高了纯水切割的切割精度。经测试证明，使用本专利技术的 宝石喷嘴与使用普通宝石座的宝石喷嘴相比，在宝石相同的情况下，400MPa时的水线长度 (射流半径加倍时的喷射距离)由12. 6mm加长至22. 7mm，射流的初始半径由0.73mm减小 至 0. 46mm。附图说明图1为本专利技术中心截面剖视图。图2为本专利技术与一种纯水切割头的装配示意图。图3为采用本专利技术的喷嘴与采用普通宝石座的喷嘴产生的射流对比。图中，1，入口流道；2，宝石嵌孔；3，出口流道A ;4，出口流道B;5，座体特殊轮廓； 6，座体普通轮廓；7，出口端面；8，宝石座座体；9，高压水管；10，宝石；11，金属环；12，纯水 切割头主体。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。结合图1，宝石座由45号钢制成，包括入口流道1、宝石嵌孔2、出口流道A3和出口 流道B4、座体特殊轮廓5 (虚线以下的轮廓)、座体普通轮廓6 (虚线以上的轮廓)、宝石座座 体8。入口流道1设计为渐缩形，锥角在15° 30°之间。入口流道下游是圆柱形的宝石 嵌孔2，可以镶嵌宝石10 (红宝石或是蓝宝石)及其周围的金属环11。宝石嵌孔2下方为宝 石座出口流道，分为两个部分，出口流道A3为圆柱形，出口流道B4为渐扩的锥形，这样的出 口具有良好的流线。为了保证产生有益于增强射流集束性的效果并考虑到宝石座的承压能 力，将出口流道A3和出口流道B4的长度比为1 2，出口流道A3的深度为1 1.5mm，出 口流道B4的锥角为30° 90°，60°为推荐值。宝石座座体特殊轮廓5的圆柱形台阶高 度为1 1. 5mm,出口端面7的壁厚为0. 2 0. 5mm，尽量采用较小值，边缘采用削边处理。宝石座外部结构根据纯水切割头或是磨料水切割头的结构按配合要求设计为相 应形状。例如，图2为本专利技术与高压水管9、宝石10、纯水切割头主体12的装配示意图，若 与图2中的纯水切割头主体12进行配合，则将外部结构设计为一段圆柱形和一段渐缩的锥 形。图3为测试中本专利技术与普通宝石座的使用效果对比。在测试中，本专利技术的出口流 道B的锥角为60°，使用的宝石孔径为0. 25mm，工作压力为400MPa。将应用本专利技术和普通宝 石座的喷嘴产生的超高压水射流进行对比，分别测量其水线长度(图中白色箭头所示)和 初始直径(射流在喷嘴出口端面处的直径)，得到结果本专利技术对应的水线长度为22. 7mm,初始半径为0. 46mm ；普通宝石座对应的水线长度为12. 6mm，初始半径为0. 73mm。结果说明 本专利技术可以提高水射流的集束性及水射流的切割能力。权利要求一种超高压水切割用宝石喷嘴的宝石座，其特征在于，包括入口流道(1)、宝石嵌孔(2)、出口流道A(3)和出口流道B(4)、座体特殊轮廓(5)、座体普通轮廓(6)、宝石座座体(8)；所述入口流道(1)为渐缩锥形，锥角为15°～30°；所述入口流道(1)下游是圆柱形的宝石嵌孔(2)；所述宝石嵌孔(2)下方为宝石座出口流道，出口流道分为两个部分，出口流道A(3)为圆柱形，出口流道B(4)为渐扩的锥形；所述座体特殊轮廓(5)设有圆柱形台阶，所述圆柱形台阶的高度为1～1.5mm，所述出口流道B(4)的出口端面(7)的壁厚为0.2～0.5mm，边缘削边处理。2.根据权利要求1所述的一种超高压水切割用宝石喷嘴的宝石座，其特征在于，所述 出口流道A(3)和出口流道B(4)的长度比为1 2。3.根据权利要求1所述的一种超高压水切割用宝石喷嘴的宝石座，其特征在于，所述 出口流道B (4)的深度为1 1.5mm、锥角为30° 90°，锥角为60°为推荐值。全文摘要本专利技术公开了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高压水切割用宝石喷嘴的宝石座，其特征在于，包括入口流道（１）、宝石嵌孔（２）、出口流道Ａ（３）和出口流道Ｂ（４）、座体特殊轮廓（５）、座体普通轮廓（６）、宝石座座体（８）；所述入口流道（１）为渐缩锥形，锥角为１５°～３０°；所述入口流道（１）下游是圆柱形的宝石嵌孔（２）；所述宝石嵌孔（２）下方为宝石座出口流道，出口流道分为两个部分，出口流道Ａ（３）为圆柱形，出口流道Ｂ（４）为渐扩的锥形；所述座体特殊轮廓（５）设有圆柱形台阶，所述圆柱形台阶的高度为１～１．５ｍｍ，所述出口流道Ｂ（４）的出口端面（７）的壁厚为０．２～０．５ｍｍ，边缘削边处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨敏官，王育立，康灿，陈波，程轶伦，
申请(专利权)人：江苏大学，南京大地水刀股份有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]