一种磨料水射流系统及磨料射流的切割方法技术方案

本发明专利技术涉及一种磨料水射流系统及磨料射流的切割方法，射流系统包括高压合金管，所述高压合金管的端部带有喷头，所述高压合金管穿过调压腔和活塞，所述活塞固定在高压合金管上，所述活塞位于调压腔的内部，所述活塞能够沿着所述高压合金管的轴向方向滑动，所述活塞将调压腔的内部分隔为调压气室和连通气室，所述调压气室和连通气室依次靠近所述喷头且互不连通，所述连通气室与外部连通，所述调压气室与进气管路和排气管路均连通，所述进气管路上设有微型气泵，所述排气管路设有智能电磁流量阀。本发明专利技术相比于现有技术，无需复杂的人工操作和计算，能极大的提高对异形工件的切割质量和作业效率。量和作业效率。量和作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种磨料水射流系统及磨料射流的切割方法


[0001]本专利技术涉及射流切割
，具体涉及磨料水射流切割技术。

技术介绍

[0002]磨料水射流是一种以水为能量传递介质，将磨料颗粒与水相互混合加速形成的固液两相射流，自20世纪70年代正式进入工业制造领域以来，已经发展为一项优势显著的冷态加工工艺。由于磨料水射流系统简单、成本低、切削力小、无热影响区，目前已经被广泛应用于高压清洗、金属切割、除锈、去毛刺以及岩石破碎领域。通过调节射流压力、磨料浓度及粒径、喷嘴直径、移动速度和切割靶距，磨料水射流可以完成难加工材料切割、表面处理等作业。其中靶距的调节直接影响割缝宽度、形状、作业效率和割缝质量。一般而言，割缝的宽度随着靶距的增加而增加，这种现象在相对较低的射流压力时更加显著。因此，选择合适的靶距并保持靶距在切割过程中的稳定性是磨料水射流切割质量的重要保障。
[0003]目前，磨料水射流切割作业大多使用高精度机床控制喷嘴在水平X轴和Y轴的移动，而喷嘴Z轴位置则需要在开始作业前进行校准，大多数情况下，被切割面平整度高，作业过程中Z轴不进行调整。在切割异形工件或者粗糙的岩石表面时，由于无法预先得知切割路径中被切割面相对高度的变化情况，切割过程中的靶距很难保持稳定，并且当靶距必须高于被切割面的最大落差以避免喷嘴与试件发生碰撞，这极大地限制了磨料水射流切割技术的推广。
[0004]现有技术提出了一种可实现异形表面加工靶距自调节的同心射流喷嘴装置，该装置利用同心喷嘴流量改变引起的同心喷嘴冲击靶材表面的反作用力变化，基于杠杆力臂的调节，达到了在不规则靶材表面保持加工靶距稳定的效果。但该装置无法实现恒定射流压力条件下切割不平整面时加工靶距的稳定，并且由于磨料射流切割喷嘴内径小、压力高，同心喷嘴的加工和应用难度大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种磨料水射流系统，以解决的现有技术中在切割异形工件时，靶距的调整不稳定的问题；目的之二提出了基于磨料水射流系统的磨料射流切割方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种磨料水射流系统，包括高压合金管，所述高压合金管的端部带有喷头，所述高压合金管穿过调压腔和活塞，所述活塞固定在高压合金管上，所述活塞位于调压腔的内部，所述活塞能够沿着所述高压合金管的轴向方向滑动，所述活塞将调压腔的内部分隔为调压气室和连通气室，所述调压气室和连通气室依次靠近所述喷头且互不连通，所述连通气室与外部连通，所述调压气室与进气管路和排气管路均连通，所述进气管路上设有微型气泵，所述排气管路设有智能电磁流量阀，当所述喷头产生靠近所述调压腔的方向运动的趋势时，所述电磁流量阀排出预设质量的气体，当所述喷头产生远离所述调压腔的方向运动的
趋势时，所述微型气泵注入预设质量的气体，使得所述调压气室内部的气压恒定。
[0008]根据上述技术手段，当喷头产生远离所述调压腔的方向运动的趋势的瞬时间时，调压气室内部的气压以及容积不变，射流产生反力小于调压气室内部的气压，进而说明下一时刻的切割的位置与喷头的距离变大，为了保证靶距的恒定，需要启动微型气泵朝向调压气室内注入预设质量的气体，预设质量的气体会推动活塞朝向异形工件的方向运动，当调压气室内气压回复至初始状态时，说明射流产生的的反力与调压气室内的气压相平衡，进而完成靶距的调整；当喷头产生靠近所述调压腔的方向运动的趋势的瞬时间时，调压气室内部的气压以及容积不变，射流产生反力小于调压气室内部的气压，进而说明切割的位置与喷头的距离变小，为了保证靶距的恒定，需要启动电磁流量阀排出预设质量的气体，从而将喷头朝向靠近调压腔的方向移动，使得活塞能够压缩调压气室的容积，当调压气室内气压回复至初始状态时，说明射流产生的的反力与调压气室内的气压相平衡，进而完成靶距的调整，通过上述过程，实现了靶距的稳定。
[0009]进一步，还包括超声波传感器和控制中心，所述超声波传感器、微型气泵以及智能电磁流量阀均与所述控制中心电连接，所述超声波传感器用于所述超声波传感器用于实时检测下一时刻的切割位置与所述超声波传感器之间的距离，所述控制中心根据所述超声波传感器的检测结果，启动所述智能电磁流量阀或者微型气泵。
[0010]根据上述技术手段，能够根据超声波传感器预测下一时刻的切割位置的距离，进一步提高了调整靶距的准确性。
[0011]进一步，所述超声波传感器与喷头间隔布置。
[0012]避免射流切割后的碎块对超声波传感器产生冲击。
[0013]进一步，所述调压气室内设有压力传感器，用于测量所述调压气室内部的气压，所述压力传感器、微型气泵、智能电磁流量阀、超声波传感器均与控制中心电连接。
[0014]进一步，所述连通气室的内壁安装有缓冲弹簧，所述高压合金管穿过该内壁。
[0015]根据上述技术手段，避免调压气室的气压过大导致活塞与调压腔的冲击破坏。
[0016]进一步，还包括防护挡板，所述防护挡板设有过孔，所述高压合金管穿过所述过孔，且所述高压合金管的管径小于过孔的孔径。
[0017]根据上述技术手段，避免冲击射流后的水碎块破坏调压腔等部件。
[0018]进一步，所述高压合金管设有限位块，所述限位块朝着所述高压合金管的径向方向延伸，所述限位块位于所述防护挡板与调压腔之间。
[0019]进一步，所述进气管路设有第一单向阀，所述排气管路设有第二单向阀。
[0020]根据上述技术手段，保证了调压气室内的气密性。
[0021]一种基于磨料水射流系统的磨料射流的切割方法，所述方法具体为：
[0022]在喷头的前方设置校准平板，标定磨料水射流系统的初始状态，所述磨料水射流系统的初始状态具体为：调压气室内的气压为p0；调压气室内气体的质量为M1；活塞与调压气室内沿着高压合金管轴向方向的内侧面的距离为h，其中活塞与调压气室内沿着高压合金管轴向方向的内侧面的距离小于调压腔内部在高压合金管轴向方向的长度；
[0023]将超声波传感器放置在喷头的位置，使得喷头喷出的射流位于超声波传感器的前方，通过超声波传感器测定超声波传感器与校准平板的距离，并在控制中心中将该距离标定为0；
[0024]将异形工件替换校准平板，在控制中心输入切割移动速度，靶距、射流压力和磨料浓度，启动磨料水射流系统，喷头喷出的射流从异形工件的起点位置逐渐移动至待切割件的终点位置，完成切割，在切割的过程中，超声波传感器持续将异形工件切割路径上的高度变化信息Δh通过传输至控制中心；
[0025]在切割过程中，磨料水射流系统启动响应机制，所述响应机制具体为：若Δh＞0，则微型气泵注入预设质量的气体，活塞朝向靠近待切割件的方向移动，使得调压气室内的气压为p0；若Δh＜0，则电磁流量阀排出预设质量的气体，活塞朝向远离待切割件的方向移动，使得调压气室内的气压为p0；若Δh＝0，则活塞位于初始状态的位置。
[0026]进一步，所述预设质量具体表示为：
[0027]M＝M1*(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磨料水射流系统，包括高压合金管，所述高压合金管的端部带有喷头，其特征在于：所述高压合金管穿过调压腔和活塞，所述活塞固定在高压合金管上，所述活塞位于调压腔的内部，所述活塞能够沿着所述高压合金管的轴向方向滑动，所述活塞将调压腔的内部分隔为调压气室和连通气室，所述调压气室和连通气室依次靠近所述喷头且互不连通，所述连通气室与外部连通，所述调压气室与进气管路和排气管路均连通，所述进气管路上设有微型气泵，所述排气管路设有智能电磁流量阀，当所述喷头产生靠近所述调压腔的方向运动的趋势时，所述电磁流量阀排出预设质量的气体，当所述喷头产生远离所述调压腔的方向运动的趋势时，所述微型气泵注入预设质量的气体，使得所述调压气室内部的气压恒定。2.根据权利要求1所述的磨料水射流系统，其特征在于：还包括超声波传感器和控制中心，所述超声波传感器、微型气泵以及智能电磁流量阀均与所述控制中心电连接，所述超声波传感器用于所述超声波传感器用于实时检测下一时刻的切割位置与所述超声波传感器之间的距离，所述控制中心根据所述超声波传感器的检测结果，启动所述智能电磁流量阀或者微型气泵。3.根据权利要求1所述的磨料水射流系统，其特征在于：所述超声波传感器与喷头间隔布置。4.根据权利要求2所述的磨料水射流系统，其特征在于：所述调压气室内设有压力传感器，用于测量所述调压气室内部的气压，所述压力传感器与控制中心电连接。5.根据权利要求3所述的磨料水射流系统，其特征在于：所述连通气室的内壁安装有缓冲弹簧，所述高压合金管穿过该内壁。6.根据权利要求1所述的磨料水射流系统，其特征在于：还包括防护挡板，所述防护挡板设有过孔，所述高压合金管穿过所述过孔，且所述高压合金管的管径小于过孔的孔径。7.根据权利要求5所述的磨料水射流系统，其特征在于：所述高压合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛兆龙，刘文川，张宏伟，卢义玉，汤积仁，周哲，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：