RU1819760C - Способ резки материалов - Google Patents

Abstract

Использование: раскрой м гких, хрупких , волокнистых и т.п. материалов путем резки абразиво-жидкостной струей. Сущность изобретени : от гидромультипликатора и ресивера высокого давлени  жидкость подаетс  в трубопровод высокого давлени  и проходит через отверстие малого диаметра сопла и насадок. Через сквозные поры насадка поступает ферромагнитна  жидкость в радиальном направлении коси струи и удерживаетс  на его стенках в виде защитного сло  посредством воздействи  силами магнитного пол . Через боковое отверстие насадка в струю жидкости подаетс  абразивный материал. При этом силы магнитного пол  могут быть направлены параллельно оси струи жидкости в направлении, противоположном ее движению, либо перпендикул рно оси струи жидкости, либо одновременно во взаимопересекающихс  направлени х. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к технологии жидкостной и абразиво-жидкостной резки материалов широкого назначени  и может быть использовано дл  раскро  м гких, волокнистых и прочих материалов (резина, солома пластмасса, композиты, металлы, стекло, керамика и др.) в различных отрасл х промышленности и сельского хоз йства .

Целью изобретени   вл етс  повышение качества и производительности резки материалов жидкостной струей или абразиво-жидкостной струей высокого давлени  (до 100...1500 МПа).

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема реализации за вл емого способа резки материалов; на фиг. 2 - фрагмент системы. ФМЖ - пористый цилиндроидный (бикубический , комбинированный и др.) насадок-слой ФМЖ на внутренней поверхности (стенке) насадка - абразивно-жидкостна  стру .

Способ резки материалов осуществл етс  следующим образом. В трубопровод 1 высокого давлени  от гидромультиплекато- ра и ресивера высокого давлени  на фигурах не показаны) подаетс  жидкость 2 и проходит через сопловое отверстие малого (0,10...0,15 мм и более) диаметра сопла 3 в общем случае в цилиндрический (возможны комбинации конусов и цилиндра, конфузо- ра, диффузора, в виде сопла Лавал  и др.) пористый насадок 4, выполненный практически из любого в том числе из ферромагнитного или магнитного, материала со сквозными порами 5 (фиг. 2). Протекающа  со сверхзвуковой скоростью высоконапорна  стру  - захватывает(эжектирует или инжектирует ) в себ  поступающий через боковое отверстие, в насадке абразивный материал б. размещаемый внутри емкости 7. Между внутренней поверхностью насадка 4 и струей жидкости (или абразиво-жидкостной струей) создают по всей длине (высоте)

00

Ю

ч О О

насадка тонкий защитный слой 8 ФМЖ, выдавливаемой через поры 5 из объема ФМЖ- камеры 9. При этом объем ФМЖ отдел етс  диафрагмой 21 (может также использоватьс  сильфон или другие устройства) от жидкости , наход щейс  в другой части той же камеры под давлением жидкости 2, поступающей в указанную камеру по трубопроводу (или каналу) 10 высокого давлени . Регулирование давлени  (ручное, дистанционное или автоматическое) осуществл етс  вентилем 11, а пробки 12, 13 и 14 служат дл  начального наполнени , подпитки и настройки системы (удаление воздуха, долив ФМЖ и т.д.) В начальный момент через насадок режущей толовки пропускают только жидкостную струю (без добавки абразива), а затем с помощью вентил  11 поднимают давление жидкости внутри камеры 9, при этом диафрагма 21 прогибаетс  и действует на объем ФМЖ в этой же камере, но в другой части, охватыва  со всех сторон насадок 4. ФМЖ по порам 5 просачиваетс  (выдавливаетс ) черед стенку насадка и в виде тонкого сло  растекаетс  и размещаетс  на внутренней его поверхности 15. Слой 8 ФМЖ удерживаетс  на поверхности 15 как за счет сил смачивани  - силы адгезии Ра (фиг. 2), так и за счет действи  магнитной силы FM (точнее силы магнитного пол ). После создани  сло  О в струю жидкости добавл ют абразив, и абразиво-жидкостна  стру  16 направл етс  к месту резки материала 17, подаваемого к струе 16 со скоростью резани  Vc (скорость подачи). Отработавша  стру  удавливаетс  емкостью 18. При течении струи 16 внутри насадка 4 между ней и слоем 8 создаетс  жидкостное трение (с силой Ртр), способствующее вытеснению (выталкиванию) этого сло  из насадка с силой Рстр Дл  предотвращени  этого выталкивани  устанавливают соленоид 19 (соленоиды); при протекании, например, посто нного (по направлению ) тока через его витки создаетс  магнитное поле внутри него (катушки), действующее с силой FC на слой 8 против движени  струи 16 (электрическа  пружина).

Дл  большего прижати  сло  8 к поверхности 15 внутри насадка 4 по всей ее образующей (высоте) служат размещаемые одноименными полюсами (вокруг насадка) N или S, либо попеременно N-S-N-S-N... посто нные магниты 20, вектор силы действи  которых F1 направлен перпендикул рно (или под определенным углом) вектору силы FC т.е. во взаимно пересекающихс  направлени х .

Таким образом, стру  16 (без абразива или с ним) стабилизируетс  по диаметру

(толщине) как бы путем обжати , а точнее псевдообжати  в насадке с помощью сло  8 ФМЖ (циркул ци ) и магнитных сил (снижаетс  трение струи о насадок), что позвол ет

резко подн ть длител ьность (ресурс) работы насадка и, следовательно, повысить качество реза, эффективность резки и производительность гидрорезного оборудовани  (в случае использовани  воды в качестве жидкости ). Так как разрушение внутренней поверхности насадка резко снижаетс  от действи  абразиво-жидкостной струи, то диаметр режущей струи остаетс  стабильным длительное врем , а ширина реза (в

5 разрезаемом материале 17) не мен етс .

Следует еще раз отметить, что длина (высота) насадка 4 и продольный профиль его внутренней поверхности 15 рассчитываютс  и уточн ютс  экспериментально в за0 висимости от рабочего давлени  жидкости 2, размеров абразивных частиц, вида разрезаемого материала 17 (его физико-механических свойств), вида ФМЖ, конструкции соленоида 19 (посто нного или переменно5 го тока) и т.д. В общем случае, кроме того возможно использование стабилизирующего насадка, совмещающего в себе функции сопла 3 и насадка 4.

Пример. Гидромультипликатор двой0 ного действи , например, типа ПАГРУС с мощностью привода 22 кВт подаёт рабочую жидкость, например, очищенную от механических частиц воду, в ресивер под давлением 400 МПа и далее по трубопроводу 1

5 высокого давлени  к насадку 4 (длимой 75 мм и внутренним диаметром 1,62 мм), проход  со скоростью VCTP. 885 м/с через отверстие диаметром 0,12 мм сопла.З, изготовленного из сапфира (можно также из ал0 маза и др.). Одновременно с подачей воды к соплу приоткрывают вентиль 11с тем, чтобы давление от воды передавалось через диафрагму 21 ФМЖ, наход щейс  в объеме камеры 9. В качестве основы ФМЖ используетс ,

5 например, керосин, в котором равномерно распределены (без коагул ции) частицы магнетита Fe204 (размеры частиц 20...40 нм). В принципе могут быть использованы и другие виды ФМЖ на основе воды, масел, кремний0 органических жидкостей и др. Размеры фер- . ромагнитных частиц могут, быть одень малыми, например до Ю0...50А(1А 10 см). Насадок 4 изготовлен пористым из ферромагнитного или магнитного сплава типа Sm-Co

5 (са.марий-кобальт). При этом размер сквозных каналов или пор 5 (должен быть в поперечном сечении в 2...3 раза и более больше определ ющего размера ферромагнитных частиц в ФМЖ с тем, чтобы она (ФМЖ) достаточно свободно проходила через стенку

насадка 4 (особенно в его нижней части). Кроме того, в силу прит жени  и смачивае- мости (адгезии) внутри насадка по всей его внутренней поверхности образуетс  тонкий (0.02...0.2 мм) слой ФМЖ, отжимающий поток (струю) движущейс  в насадке жидкости от его стенки (перепад давлени  сло  8 ФМЖ по высоте насадка).

После уравнивани  всех сил (Ртр Рстр Fm Fa Fp- сила от давлени  жидкости Ж через диафрагму 21 на ФМЖ в камере 9 в поток жидкости добавл ют определенное. (5...20% и более) количество абразива из емкости 7, достаточного дл  резки, напри- мер, стеклотекстолита марки КАСТ-В со скоростью резки (подачи) мм/с.

Максимальный расход рабочей жидкости (воды) 1 л/мин (при максимальном диаметре соплового отверсти  0,15 мм). Дл  дополнительного повышени  эффективности резани  можно использовать также водорастворимые полимеры tnna ПАД (полиакриламид), ПОЗ (полиоксиэтилен), полигликоли, сульфидные полимеры и др. К катушке соленоида 19 подводитс , в частном случае, посто нное напр жение ...36 В и за счет протекани  тока по ее обмотке, величина которого может регулироватьс , создаетс  сила магнитного пол  Fc, противодействующа  выносу (выталкиванию ) сло м 8 ФМЖ из насадка (магнито- гидродинамический насос). Посто нные магниты 20 создают дополнительное прит жение этого сло  к насадку (к его внутрен- ней поверхности), особенно в случа х изготовлени  насадка не из магнитного, а из ферромагнитного материала. Таким образом , создаетс  стабилизаци  режущей жидкостной (абразиво-жидкостной) струи по диаметру (даже без сопла 3), что соответственно резко повышает стабильность резани . С другой стороны, длительность службы (ресурс) насадка 4 (выполн емого обычно, например, из сплава типа ВК-8) с использованием предложенного технического решени  возрастает при абразивоструйной резке с 4...8 (ПАГРУС) до 80....100 ч и более, т.е. на пор док, в силу чего производительность оборудовани  возрастает соответственно в несколько раз. Учитыва  дефицитность и стоимость материала насадка, трудоемкость его изготовлени  и производительность режущего оборудовани  (установки типа ПАГРУС ), можно дать оценку ориентировочного экономического эффекта от внедрени  предлагаемого способа резки различных материалов: эффект в среднем составит 2СО руб. в смену (8 ч) 6 одной гидрорезной установки при резке стеклотекстолита (цветных металлов). В каждом конкретном случае экономический эффект должен подсчитыватьс  в зависимости от вида разрезаемого материала (маслостойка  или вакуумна  резина), поролон, эластичный пенопласт, боропла- стик, солома, веточный корм, фторопласт, текстолит, гетинакс, стекло, стали различных марок, эластомагниты, обычный чугун или модифицированный редкоземельными элементами, керамическа  плитка и т.д.). Кроме того, необходимо учитывать стоимость различных видов абразива и его физико-механические показатели (карбид бора, карбид кремни , электрокорунд, гранат , кварцевый песок, техническое стекло и т.д.). Средний размер частиц (зерен) абразива может находитс , например, в диапазоне 40...180мкм,

Claims (4)

1. Способ резки материалов, включающий объемное сжатие жидкости посредством гидромультипликатора, подачу ее в ресивер высокого давлени  и формирование высокоскоростной струи путем пропускани  сжатой жидкости через сопло с проходным отверстием малого диаметра и насадок с осуществлением приема снижени  потерь на трение, а также подачу абразивного порошка и .его смешивание с высокоскоростной струей жидкости, отличающийс  тем., что, с целью повышени  качества и производительности,прием снижени  потерь на трение осуществл ют путем подачи ферромагнитной жидкости через стенки насадка в радиальном направлении к оси струи и воздействи  на нее силами магнитного пол .

2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что силы магнитного пол  направл ют параллельно оси струи жидкости в направлении , противоположном ее движению.

3. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что силы магнитного пол  направл ют перпендикул рно оси струи жидкости.

4. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что силы магнитного пол  направл ют одновременно параллельно и перпендикул рно оси жидкости..

.иг,.,i«--

±П О

1.Н. &

y lf wftуLf 7: -« U #

фМЖ с |7/ ; б с

;тогг- о4г

/ - - 9П

1Ц &

;тогг- о4г

/ - - 9П

фМЖ

Фиг/

г

16

15 СТР.

8