[发明专利]磨料水射流用准矩形磨料喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及磨料水射流技术领域，特别涉及一种磨料水射流用准矩形磨料喷嘴，可用于材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及工件去毛刺、倒圆角等。

背景技术

后混合磨料水射流技术利用宝石水喷嘴形成的水射流在切割头的混合腔吸入磨料后，然后进入磨料喷嘴。磨料粒子在水射流作用下，在磨料喷嘴内进一步混合、加速和聚焦，然后从磨料喷嘴射出，形成固液两相介质流，即磨料水射流。

磨料水射流加工是全球成长最快的加工工艺之一。它以无与伦比的适应性、多样性和环保性去扩充激光、等离子体、电火花线切割或传统机械加工所达不到的能力。水射流特种加工利用具有很高动能的水射流束来冲蚀材料，从而实现材料切削，属于高能束加工范畴。水射流加工属于无接触“冷切割”，无机械应力、热变形、热影响区，因而成为对热敏感物质的最佳切割方法；它适应性好、切割品质优良、切缝窄、材料损耗少，而且介质成本低、清洁，切割过程中无尘、无毒、环境友好，在机械制造、航空航天、汽车、军工和陶瓷等领域得到广泛应用。

利用磨料水射流的冲蚀能力，可以用于材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及工件去毛刺、倒圆角等。但在上述应用领域，如仍然用现有的磨料水射流技术的磨料喷嘴，则存在诸多问题。主要表现在： 1）传统用于切割的磨料喷嘴结构由两段组成，即收缩区段和圆柱区段，圆柱区段主要用于对磨料水射流的聚焦校直，使其能量集中，但这种喷嘴的混砂效果较差，磨料粒子很难进入水射流的轴心，因此，在磨料水射流的截面上能量密度不均。2）传统用于切割的磨料喷嘴其射流束直径小、速度高、能量集中且作用面积小，用于材料表面处理时效率低、效果差，而且也不适合用于工件去毛刺、倒圆角等工艺。3）传统用于切割的磨料喷嘴因流速高，磨损快且不均匀，寿命短。

针对上述问题，本发明应用流体动力学理论，设计一种磨料水射流用准矩形磨料喷嘴。该型喷嘴可广泛用于材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及工件去毛刺、倒圆角等，具有很高的实用价值。目前还没有用于上述目的的专用磨料喷嘴。

发明内容

本发明的目的是：为了解决用现有磨料喷嘴在对材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及工件去毛刺、倒圆角时存在的问题，本发明提供了一种新的磨料水射流用准矩形磨料喷嘴，应用该喷嘴能快速、高质量地完成材料的表面处理。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：磨料水射流用准矩形磨料喷嘴如图1所示，它的内孔由圆锥形收缩段(1)、圆柱段(2)和断面形状为准矩形的扩散段(3)组成。圆锥形收缩段(1)用于磨料引入和与水射流混合；圆柱段(2)用于对磨料水射流校直、聚焦和加速；扩散段(3)为线性扩散段，断面形状为其中有一对边为圆弧的准矩形。扩散段流速降低、断面面积增大有利于固体磨料粒子的扩散并与水介质的充分混合，从而形成准扇形磨料水射流。

通过仿真计算，得出准矩形磨料喷嘴的较佳值为：收缩角α₁ =30°～60°；圆柱段的长度L₂=15～20mm mm，矩形磨料喷嘴总长度L=50～75mm。

本发明的有益效果是：三段式准矩形磨料喷嘴，通过三段各自不同功能，完成磨料的混合、加速、校直聚焦以及均匀扩散，形成准扇形磨料水射流。与传统两段式切割用磨料喷嘴相比，其优点是固体磨料与水介质混合效果好，磨料水射流能量密度均匀，喷嘴磨损低，寿命长。形成准扇形磨料水射流用于材料表面处理时效率高，效果好。特别适用于材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及工件去毛刺、倒圆角等。

附图说明

图1是本发明磨料水射流用准矩形磨料喷嘴示意图。

图2是本发明磨料水射流用准矩形磨料喷嘴安装示意图。

具体实施方式

实施例1：参见图2所示，磨料喷嘴夹头(8)套在准矩形磨料喷嘴(７)外径上，通过拧紧压紧螺母(9)使磨料喷嘴夹头(8)的锥面与压紧螺母(9)的锥面紧密接触，以达到固定准矩形磨料喷嘴(7)的作用；喷头体(4)通过螺纹与高压水管接头(10)相连，水喷嘴(5)的锥面与高压水管接头(10)的锥面接触达到密封作用。将磨料水射流喷头安装在机械手或水射流机床上，就可以实现对材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及工件去毛刺、倒圆角等。