[发明专利]磨料水射切割方法及装置

说明书

本发明关于用含有磨料颗粒的高压喷水来切割板金之类工件的方法和装置。这种含有磨料颗粒的喷射水这里称为磨料水射流。

用磨料水射流来切割金属之类材料本质上不是新的，已被使用了一段时期了。至于被用作磨料的材料如石英砂，铸铁粒，或者金刚砂或刚玉的粉末。这种磨粒颗粒的平均尺寸从0.2至0.8m/m。

传统的磨料水射流切割操作是这样的，即高压水和干的磨料颗粒被分别送到一个磨料水射流喷咀中。在喷咀中，磨料颗粒混入压力水流中。含有磨料颗粒的高压水以磨料水射流的形式从喷咀出来，直接接触工件。当喷咀和工件相对移动时，磨料水射流就切割工件。

这种传统操作的一个缺点是磨料颗粒（下面称它为磨料）是干的送到喷咀去的，因而不能如要求地那样减小尺寸。用这种粗磨粒（平均尺寸从0.2至0.8m/m）从多种理由来说都是不理想的。首先，它们使喷咀的接触到磨料的头部和其他部分很快地磨损。其次，在工件上形成的切口太大，通常大于喷咀头的孔径。另外一个问题是在工件背面产生毛刺。因此，先有的磨料水射流切割操作需要随后的机械加工来保证精度和光洁度。

本发明克服了传统技术碰到的所有的提到过的问题，因为使用了比现有磨粒尺寸小得多的尺寸。

简而言之，本发明的一个特征是本发明提供了一种磨料水射流切割方法，它的磨料水射流喷咀被供给高压水和磨料悬浮液。磨料悬浮液是由100μ以下平均尺寸的磨料悬浮在水中组成。高压水和磨料悬浮液在喷咀中混合，混合液作为磨料水射流被直接导向被切割工件。

供给喷咀中的磨料悬浮液利用高压水流高速通过而造成的局部真空，而被导入压力水流中。

本发明的方法所用的磨料可以是刚玉，碳化硅，或任何已知的合适的磨料。这种磨料的尺寸能远比先有技术采用的尺寸为小，因为它们是以悬浮液的形式而不像先有技术是以干的状态被供给到喷咀中去的。实验证明，使用这种细磨粒使喷咀的磨损显著降低，特别是喷咀头，因而大大延长它的使用寿命。另一优点是显著减小在工件上造成的切口。此外，由于水射流中含有这种细磨粒，不但切割工件，也对切口表面进行磨削，这就可以切割，例如，5.3m/m厚的不锈钢板而不产生毛刺，这是用显微镜所证实的。

在本发明方法中使用的磨粒的最大平均尺寸是定在100μ，如上所述，因为再大一些尺寸的颗粒，即使用任何现行的方法来搅拌，也会在悬浮液中很快地沉淀。磨粒在磨料悬浮液中的浓度可以是20至70%重量计算。

本发明的另一个特征，简单来说，本装置包括压力水源，一种供给磨料悬浮液的装置，该悬浮液是由平均尺寸在100μ以下的磨粒悬浮在水中组成，以及一个对准被切割工件的磨料水射流喷咀。把压力水源和磨料悬浮液装置连通喷咀，它就把压力水和磨料悬浮液混合，并把混合物作为磨料水射流导向工件。

喷咀基本上是传统设计。然而，先有的用于磨料水射流切割的喷咀存在缺点，即当压力水轴向地流过喷咀时，干的磨粒仅从一个水平方向导入压力水流中，产生磨粒在压力水流中不均匀分布，因此，使喷咀的某些部分局部磨损。另外的缺点是，具有磨粒不均匀分布的水射流会造成不规则的切口。

本发明消除了传统磨料水射流喷咀的上述缺点。在本发明建议的改进的喷咀中，导入轴向地流过喷咀的压力水流中的磨料悬浮液，是通过绕着喷咀轴线恒定角度布置的多个磨料悬浮液通道导入的。这样导入压力水流中的磨粒是均匀分布的，防止了喷咀的头部和任何有关部分的局部磨损的可能性。改进的喷咀也在实质上提供精密切割的生产。

在建议采用的另一种磨料水射流喷咀形式中，喷咀包括一个无磨料水喷咀部分和一个磨料水喷咀部分。无磨料水喷咀部分连接到压力水源，并有一无磨料水喷咀头用来仅仅排出压力水。另一方面，磨料水喷咀部分连接着磨料悬浮液供应装置，以引进磨料悬浮液并把它和从无磨料水喷咀部分的无磨料水喷咀头排出的压力水混合。磨料水喷咀部分有它自己的喷咀头，用来把压力水和磨料悬浮液的混合物导向工件。

这种磨料水射流喷咀的改型，根据被切割的工件，既可用磨料水射流，也可用无磨料水射流（即不含磨料的水射流）进行切割。按照本发明，磨料水喷咀部分可以用配合的螺纹连接到无磨料水喷咀部分上，使得磨料水射流喷咀能用磨料水射流进行切割。当仅用压力水射流切割时，这个磨料水喷咀部分可被拧下来或从无磨料水喷咀部分拆下来，这样，后者就能产生所需的无磨料水射流。除了这个优点外，这改型的喷咀能被做成兼有已述的第一个喷咀的特点。