磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及切割實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)硬脆材料進(jìn)行高效精密切割加工，并保證一定的切割斷面質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002]磨料水射流加工作為一種新型的特種加工技術(shù)，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。相對(duì)于其他的傳統(tǒng)加工技術(shù)而言，它具有無(wú)熱影響區(qū)、無(wú)工具磨損、反作用力小、加工范圍廣、加工柔性高、綠色環(huán)保以及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。磨料水射流加工也漸漸地被應(yīng)用在切割、車(chē)削、銑削和拋光等機(jī)械加工領(lǐng)域。在精密、微細(xì)加工領(lǐng)域，磨料水射流加工技術(shù)對(duì)高硬度、高脆性等難加工材料加工的精度不斷提高，擁有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]硬脆材料的高硬度、高脆性及低斷裂韌性等固有特性，其加工工藝性比其他材料差很多，而且在磨料水射流切割工件過(guò)程中，由于射流能量隨著切深的增加而逐漸衰減，使得工件上下表面的切縫是上寬下窄的，切割斷面就呈一定錐度，同時(shí)由于射流斷面動(dòng)能的分布不均和射流的偏轉(zhuǎn)滯后造成了磨料水射流切割斷面存在明顯的粗糙的條紋，以上缺陷嚴(yán)重降低了切割斷面的表面質(zhì)量，限制了磨料水射流的應(yīng)用和發(fā)展。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本申請(qǐng)人針對(duì)上述現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)合理的磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，從而通過(guò)一定空間方位的對(duì)稱(chēng)傾角補(bǔ)償既可以保證在加工完成后切割斷面無(wú)明顯的錐度，無(wú)明顯的斜條紋，而且通過(guò)射流的疊加可以大大加強(qiáng)其切割能力。通過(guò)鏡像布置高壓噴嘴于切割前進(jìn)方向兩側(cè)，既抵消了鏡像布置高壓噴嘴對(duì)工件切縫面的部分垂直切削力，又加強(qiáng)了工件深度方向和射流前進(jìn)方向上的切削作用力，從而通過(guò)磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，可以對(duì)硬脆材料進(jìn)行精密切削加工，不僅提高了磨料水射流切割斷面的表面質(zhì)量，還可以降低切削加工時(shí)間，提高磨料水射流的切削加工效率。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)架，所述機(jī)架的中部通過(guò)定位裝置安裝工件，所述機(jī)架上通過(guò)支撐桿安裝有頂架，所述頂架上設(shè)置有橫向?qū)к?，所述橫向?qū)к壣习惭b沿其滑動(dòng)的噴頭升降機(jī)構(gòu)，所述噴頭升降機(jī)構(gòu)上固定有支撐架，所述支撐架成倒“Y”字形結(jié)構(gòu)，所述支撐架上對(duì)稱(chēng)相對(duì)安裝有高壓水噴嘴，所述支撐架的兩端分別安裝有電動(dòng)機(jī)，所述高壓水噴嘴的頭部安裝有紅外線(xiàn)傳感器，兩個(gè)高壓水噴嘴的輸出口同時(shí)對(duì)準(zhǔn)工件的切割位置，所述高壓水噴嘴的中部通過(guò)進(jìn)砂管連接磨料罐，所述磨料罐位于機(jī)架的外側(cè)。
[0007]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
[0008]兩個(gè)高壓水噴嘴之間的夾角成15°-30°;
[0009]噴頭升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為:包括固定板，所述固定板的背部與橫向?qū)к壟浜线B接，所述固定板的正面設(shè)置有豎向?qū)к墸鲐Q向?qū)к壣习惭b有沿其上下移動(dòng)的滑塊，所述滑塊上固定支撐架；
[0010]所述機(jī)架的底部安裝有可調(diào)節(jié)墊腳。
[0011 ]本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0012]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、合理，操作方便，運(yùn)用該磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，利用鏡像布置(一定的空間方位)的雙高壓磨料水噴嘴噴射出的高速射流對(duì)工件進(jìn)行切割，在切割過(guò)程中，射流束三個(gè)方向的分解，通過(guò)對(duì)稱(chēng)地傾角補(bǔ)償射流沖擊工件斷面，可以有效地減小因射流能量衰減造成的切面錐度問(wèn)題，通過(guò)沿切割前進(jìn)方向上的一定傾角補(bǔ)償切割工件，可以有效地改善因射流的動(dòng)能分布不均和射流偏轉(zhuǎn)滯后造成的明顯粗糙條紋缺陷問(wèn)題，通過(guò)射流束在垂直工件方向的疊加，可以大大地增強(qiáng)磨料射流的切割能力。因此，本實(shí)用新型裝置大大地改善了磨料水射流切割斷面的表面質(zhì)量，提高了切割效率。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型鏡像布置的噴嘴空間方位示意圖。
[0015]其中:1、可調(diào)節(jié)墊腳;2、機(jī)架;3、工件;4、紅外線(xiàn)傳感器;5、進(jìn)砂管;6、高壓水噴嘴；
7、電動(dòng)機(jī);8、支撐架;9、磨料罐；10、噴頭升降機(jī)構(gòu)；11、橫向?qū)к墸?2、頂架;601、噴嘴空間方位;602、射流能量沿垂直于工件方向的分解;603、射流能量沿切割前進(jìn)方向的分解;604、射流能量沿切割斷面方向的分解;605、切割前進(jìn)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，說(shuō)明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0017]如圖1所示，本實(shí)施例的磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)架2，機(jī)架2的中部通過(guò)定位裝置安裝工件3，機(jī)架2上通過(guò)支撐桿安裝有頂架12，頂架12上設(shè)置有橫向?qū)к?1，橫向?qū)к?1上安裝沿其滑動(dòng)的噴頭升降機(jī)構(gòu)10，噴頭升降機(jī)構(gòu)10上固定有支撐架8，支撐架8成倒“Y”字形結(jié)構(gòu)，支撐架8上對(duì)稱(chēng)相對(duì)安裝有高壓水噴嘴6，支撐架8的兩端分別安裝有電動(dòng)機(jī)7，高壓水噴嘴6的頭部安裝有紅外線(xiàn)傳感器4，兩個(gè)高壓水噴嘴6的輸出口同時(shí)對(duì)準(zhǔn)工件3的切割位置，高壓水噴嘴6的中部通過(guò)進(jìn)砂管5連接磨料罐9，磨料罐9位于機(jī)架2的外側(cè)。
[0018]兩個(gè)高壓水噴嘴6之間的夾角成15°-30°。
[0019]噴頭升降機(jī)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)為:包括固定板，固定板的背部與橫向?qū)к?1配合連接，固定板的正面設(shè)置有豎向?qū)к墸Q向?qū)к壣习惭b有沿其上下移動(dòng)的滑塊，滑塊上固定支撐架8。
[0020]機(jī)架2的底部安裝有可調(diào)節(jié)墊腳I。
[0021 ]本實(shí)用新型所述的機(jī)架2為水射流切割機(jī)床上的機(jī)架。
[0022]本實(shí)用新型將雙高壓磨料水射流噴嘴鏡像布置于工件3左右兩側(cè)(以一定的空間方位角度)。通過(guò)五軸數(shù)控水切割系統(tǒng)及電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)噴嘴的方位角，噴嘴可根據(jù)加工要求進(jìn)行替換，兩個(gè)高壓噴嘴由數(shù)控系統(tǒng)控制，可進(jìn)行雙聯(lián)動(dòng)和獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。
[0023]本實(shí)用新型紅外線(xiàn)傳感器4的設(shè)計(jì)，用來(lái)采集工件3的位移信號(hào)，信號(hào)經(jīng)調(diào)理器放大濾波，輸入到位移采集卡，位移分析軟件采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，即可獲得對(duì)應(yīng)切割條件下的工件3位移情況。
[0024]本實(shí)用新型電動(dòng)機(jī)7的設(shè)計(jì)，可以方便的調(diào)節(jié)高壓水噴嘴6的旋轉(zhuǎn)自由度，使其擺動(dòng)，從而調(diào)節(jié)兩個(gè)高壓水噴嘴6的所在角度位置。
[0025]如圖1所示，磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置主要由磨料水射流裝置和位移測(cè)量裝置等組成。水通過(guò)增壓器增壓至超高壓，再通過(guò)小孔水噴嘴進(jìn)入高壓水噴嘴6混合室，形成高速水射流，并在混合室內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度，磨料在自重和壓力差的作用下從磨料罐9經(jīng)過(guò)進(jìn)砂管5被吸入混合室，經(jīng)過(guò)一定的加速，壓力能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，形成高速磨料射流，并以極高的速度經(jīng)磨料噴嘴作用在工件3上。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)墊腳I來(lái)保持機(jī)床處于水平位置，安裝在機(jī)床機(jī)架2上的噴頭升降機(jī)構(gòu)可以隨時(shí)控制噴嘴到工件3的距離，固定在支撐架8上的電動(dòng)機(jī)7結(jié)合五軸數(shù)控水切割系統(tǒng)來(lái)控制調(diào)節(jié)噴嘴的空間方位，當(dāng)噴嘴方位按照?qǐng)D2確定后，固定噴嘴，紅外線(xiàn)傳感器4固定在高壓噴嘴6上，進(jìn)行工件3位移信號(hào)采集，經(jīng)過(guò)傳出、處理、分析等步驟，獲得相應(yīng)工況下的工件3位移情況。噴頭升降機(jī)構(gòu)在機(jī)架導(dǎo)軌上以一定速度進(jìn)行移動(dòng)，從而形成磨料水射流對(duì)工件3的鏡像切割。
[0026]針對(duì)上述磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，為了便于驗(yàn)證加工后切割斷面的表面質(zhì)量確實(shí)得到了較好的改善，在進(jìn)行磨料水射流鏡像切割硬脆材料加工前，先對(duì)相同的工件3，在相同工工況下進(jìn)行無(wú)傾角補(bǔ)償?shù)那懈罴庸?單個(gè)噴嘴垂直于工件3切割)，得出加工后切割斷面的表面形貌和表面粗糙度以及完成一次切割所需時(shí)間，然后再與接下來(lái)的磨料水射流鏡像切割進(jìn)行對(duì)比。
[0027]使用該磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)硬脆材料工件3加工時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工要求，合理選擇好磨料種類(lèi)，設(shè)置恰當(dāng)?shù)膰娚鋲毫?、磨料流量及噴射靶距等工藝參?shù)，且以圖2所示的一定空間方位角固定布置鏡像兩噴嘴。兩個(gè)高壓水噴嘴6形成噴嘴空間方位601，通過(guò)噴嘴空間方位601的能量分解，分解出射流能量沿垂直于工件方向的分解602、射流能量沿切割前進(jìn)方向的分解603和射流能量沿切割斷面方向的分解604，同時(shí)形成切割前進(jìn)方向605，噴嘴空間方位601和射流能量沿垂直于工件方向的分解602之間的角度控制在5°-10°。同時(shí)應(yīng)確保兩噴嘴各工藝參數(shù)相同，這樣對(duì)工件3進(jìn)行磨料水射流鏡像切割，切割完成后利用表面粗糙度儀測(cè)量其斷面粗糙度值，通過(guò)測(cè)量切縫上下寬度間接得出其斷面錐度，利用電子掃描顯微鏡(SEM)觀察其斷面形貌。
[0028]加工結(jié)束后，切斷所有電源，清理加工現(xiàn)場(chǎng)，分拆各個(gè)裝置，對(duì)各部分進(jìn)行清潔、干燥等處理，并定期進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)和保養(yǎng)，以供下次加工繼續(xù)使用。
[0029]以上描述是對(duì)本實(shí)用新型的解釋?zhuān)皇菍?duì)實(shí)用新型的限定，本實(shí)用新型所限定的范圍參見(jiàn)權(quán)利要求，在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)，可以作任何形式的修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括機(jī)架(2)，所述機(jī)架(2)的中部通過(guò)定位裝置安裝工件(3)，所述機(jī)架(2)上通過(guò)支撐桿安裝有頂架(12)，所述頂架(12)上設(shè)置有橫向?qū)к?U)，所述橫向?qū)к?11)上安裝沿其滑動(dòng)的噴頭升降機(jī)構(gòu)(10)，所述噴頭升降機(jī)構(gòu)(10)上固定有支撐架(8)，所述支撐架(8)成倒“Y”字形結(jié)構(gòu)，所述支撐架(8)上對(duì)稱(chēng)相對(duì)安裝有高壓水噴嘴(6)，所述支撐架(8)的兩端分別安裝有電動(dòng)機(jī)(7)，所述高壓水噴嘴(6)的頭部安裝有紅外線(xiàn)傳感器(4)，兩個(gè)高壓水噴嘴(6)的輸出口同時(shí)對(duì)準(zhǔn)工件(3)的切割位置，所述高壓水噴嘴(6)的中部通過(guò)進(jìn)砂管(5)連接磨料罐(9)，所述磨料罐(9)位于機(jī)架(2)的外側(cè)。2.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:兩個(gè)高壓水噴嘴(6)之間的夾角成15°-30°。3.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:噴頭升降機(jī)構(gòu)(10)的結(jié)構(gòu)為:包括固定板，所述固定板的背部與橫向?qū)к?11)配合連接，所述固定板的正面設(shè)置有豎向?qū)к?，所述豎向?qū)к壣习惭b有沿其上下移動(dòng)的滑塊，所述滑塊上固定支撐架(8)。4.如權(quán)利要求1所述的磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述機(jī)架(2)的底部安裝有可調(diào)節(jié)墊腳(I)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種磨料水射流鏡像切割實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)架，所述機(jī)架的中部通過(guò)定位裝置安裝工件，所述機(jī)架上通過(guò)支撐桿安裝有頂架，所述頂架上設(shè)置有橫向?qū)к墸鰴M向?qū)к壣习惭b沿其滑動(dòng)的噴頭升降機(jī)構(gòu)，所述噴頭升降機(jī)構(gòu)上固定有支撐架，所述支撐架成倒“Y”字形結(jié)構(gòu)，所述支撐架上對(duì)稱(chēng)相對(duì)安裝有高壓水噴嘴，所述支撐架的兩端分別安裝有電動(dòng)機(jī)，所述高壓水噴嘴的頭部安裝有紅外線(xiàn)傳感器，所述高壓水噴嘴的中部通過(guò)進(jìn)砂管連接磨料罐，所述磨料罐位于機(jī)架的外側(cè)。改善了磨料水射流切割斷面的表面質(zhì)量，提高了切割效率。
【IPC分類(lèi)】B24C5/04, B24C5/02, B24C3/04, B24C9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205237842
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521074029
【發(fā)明人】陳正雄, 武美萍, 王志敏, 張文超, 趙延超, 強(qiáng)爭(zhēng)榮, 張瑜, 于海霞
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日