阅读说明：本技术 一种超高压液体射流的钻石喷嘴及其制作方法 (Diamond nozzle of ultrahigh-pressure liquid jet and manufacturing method thereof ) 是由 陈世伟 李枝城 于 2019-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及喷嘴技术技术,具体是一种超高压液体射流的钻石喷嘴及其制作方法,包括钻石片、金属纳米粉层、金属压盖和金属外壳,所述金属外壳设置有内置空腔,所述空腔填充有金属纳米粉并且形成金属纳米粉层,所述金属纳米粉层内设置有钻石片,所述钻石片的设置在金属外壳的空腔中轴线位置,被金属纳米粉末紧密包裹并与金属外壳融为一体,所述金属外壳的顶部设置有上置开口,所述金属压盖上设置有下置开口,所述钻石片内穿设有喷嘴通孔,并与上置开口和下置开口相连通。本申请采用金钢石作为核心材料,硬度和流量系数高,安装于流体设备的切割头和喷头中,射流效果更好而且使用过程中不会产生崩裂和孔口的钝化,使用寿命远超其它材料的喷嘴。(The invention relates to a nozzle technology, in particular to a diamond nozzle of ultrahigh pressure liquid jet and a manufacturing method thereof, wherein the diamond nozzle comprises a diamond sheet, a metal nano powder layer, a metal gland and a metal shell, the metal shell is provided with a built-in cavity, the cavity is filled with metal nano powder and forms the metal nano powder layer, the diamond sheet is arranged in the metal nano powder layer, the diamond sheet is arranged at the axis position in the cavity of the metal shell, is tightly wrapped by the metal nano powder and is integrated with the metal shell, the top of the metal shell is provided with an upper opening, the metal gland is provided with a lower opening, and the diamond sheet is internally provided with a nozzle through hole in a penetrating manner and communicated with the upper opening and the lower opening. This application adopts diamond as core material, and hardness and flow coefficient are high, install in fluidic device's cutting head and shower nozzle, and the efflux effect is better and can not produce the passivation that bursts apart and drill way in the use, and life is far beyond the nozzle of other materials.)

一种超高压液体射流的钻石喷嘴及其制作方法

技术领域

本发明涉及喷嘴技术技术，具体是一种超高压液体射流的钻石喷嘴及其制作方法。

背景技术

喷嘴属于换能元件，它把水介质的压力能转换为水射流的动能，然后以高速水射流的形式向外射出，可以对物料进行清洗、破碎和切割。高压水射流的压力范围很广，因而喷嘴的材料种类也就很多。市面上制造喷嘴的材料主要有不锈钢、优质碳素钢、工具钢、硬质合金、陶瓷、人造宝石、和金钢石等。泵输出的压力越高，要求其材料处理的硬度也就越高。

目前最常用的超高压喷嘴材料为人造宝石片(刚玉)，其硬度可达莫氏9级。但随着纯水切割领域的市场开发以及600MPa超高压力的水射流开始普及，对喷嘴的要求越来越高，既要有更长的水线聚焦还要有更长的使用寿命。一般的清水中除了含有一定量的微小固体颗粒外，还有不少溶解于水中的矿物质，如碳酸钙、锰、铁及二氧化硅等。高压水射流设备中会有过滤和软化的装置，但是无法完全去除这些杂质，而且高压管道内部也有游离的金属碎屑，在超高压水的冲刷下，宝石孔口边缘会慢慢钝化甚至碎裂，从而导致射流质量的下降，然后失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高压液体射流的钻石喷嘴及其制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超高压液体射流的钻石喷嘴，包括钻石片、金属纳米粉层、金属压盖和金属外壳，所述金属外壳设置有内置空腔，所述金属压盖盖合固定在内置空腔的底部，所述内置空腔内填充有金属纳米粉并且形成金属纳米粉层，所述金属纳米粉层内设置有钻石片，所述钻石片的设置在金属外壳的中轴线位置并且与金属外壳的内置空腔内壁相贴合，所述金属外壳的顶部设置有上置开口，所述金属压盖上设置有下置开口，所述钻石片内穿设有喷嘴通孔，所述上置开口的底部锥口、下置开口的顶部锥口以及喷嘴通孔相连通。

作为本发明进一步的方案：所述金属纳米粉层将钻石片紧密包裹并且金属外壳融为一体。

作为本发明进一步的方案：所述钻石片设置在金属外壳的中轴线位置并且完全包裹在金属纳米粉层内腔。

作为本发明进一步的方案：所述上置开口的底部延伸至金属纳米粉层的。钻石片的上表面，所述下置开口的顶部延伸至金属纳米粉层的钻石片的下表面。

作为本发明进一步的方案：所述喷嘴通孔设置为线型直孔，所述上置开口与下置开口连通。

作为本发明进一步的方案：所述喷嘴通孔设置为上面直孔下面锥度孔，所述喷嘴通孔的顶部通过直孔与上置开口相连通，所述喷嘴通孔的底部通过锥度孔与下置开口相连通。

本申请还公开一种超高压液体射流的钻石喷嘴的方法，包括以下步骤：

步骤一：采用金属材料，通过用车床加工出圆柱外形和内置空腔，并且确保外圆柱度和端面垂直度，形成金属外壳；

步骤二：将金钢石原料切割打磨成外径和厚度均匀的的钻石片，将钻石片然后放置于金属外壳的内置空腔中，将金属纳米粉末填充到金属外壳的内置空腔中；依据不同的实施结构，调控内置空腔中金属纳米粉末包裹钻石片的深度；

步骤三：压入金属压盖，经过高温高压烧结，金属纳米粉末将钻石片紧密包裹并与金属外壳融为一体；

步骤四：将金属外壳在车床上精车圆柱外形，还有两端面的锥孔(或直孔)深入至钻石表面，便于下一步骤的钻石打孔；

步骤五：用激光对准钻石的中心打出不同的孔型和孔径；

步骤六：用超声波和线抛光机研磨、抛光钻石内孔至规定孔径和粗糙度；

步骤七：将抛光好钻石内孔的整个金属外壳上车床车削至适合装入水射流喷嘴和喷头的尺寸为钻石成品；

步骤八：做好的钻石喷嘴就可装配于各种水射流喷头内用于超高压喷射。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一.本申请采用金属作为外置壳体，通过金属纳米粉末作为钻石片的包裹机构，经过高温高压烧结后融为一体，就可以对外部轮廓可以进行车削加工，适配于各种流体设备的切割头和喷头中。

二.本申请采用莫氏硬度达10级的金钢石作为核心材料，做成水射流的喷嘴。相较于传统于宝石喷嘴其使用寿命增加10倍以上，且其抛光后流量系数高，射流效果更好。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，以示出符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。同时，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

图1为本发明实施例一钻石烧结主视剖面图。

图2为本发明实施例二钻石烧结后主视剖面图

图3为钻石车削打孔后结构俯视图。

图4为实施例一车削打孔后的结构示意图一。

图5为实施例一车削打孔后的结构示意图二。

图6为实施例二车削打孔后的结构示意图一。

图7为实施例二车削打孔后的结构示意图一。

图8为本发明中钻石成品的结构示意图一。

图9为本发明中钻石成品的结构示意图二。

图10为本发明中钻石成品的结构示意图三。

图11为本发明中钻石成品的结构示意图四。

图12为本发明中钻石成品的结构示意图五。

图13为本发明中钻石成品的结构示意图六。

图14、15、16为镶嵌了钻石成品的钻石喷嘴示意图。

图17为镶嵌了钻石喷嘴的水切割刀头示意图。

图中：1-钻石片、2-金属纳米粉层、3-金属压盖、4-金属外壳、5-上置开口、6-下置开口、7-喷嘴通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或同种要素。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1、图3、图4和图5，一种超高压液体射流的钻石喷嘴，包括钻石片1、金属纳米粉层2、金属压盖3和金属外壳4，所述金属外壳4设置有内置空腔，所述金属压盖3盖合固定在内置空腔的底部，所述内置空腔内填充有金属纳米粉并且形成金属纳米粉层2，所述金属纳米粉层2内设置有钻石片1，所述钻石片1的设置在金属外壳4的中轴线位置并且与金属外壳4的内置空腔内壁相贴合，所述金属纳米粉层2将钻石片1紧密包裹并且金属外壳4融为一体。

所述金属外壳4的顶部设置有上置开口5，所述金属压盖3上设置有下置开口6，所述钻石片1内穿设有喷嘴通孔7，所述上置开口5的底部锥口、下置开口6的顶部锥口以及喷嘴通孔7相连通。

所述本发明核心部件采用天然钻石、人工钻石或聚晶金刚石材料做成用于超高压水射流的喷嘴，能把水介质的压力能集聚、集束转换为水射流的动能，以获得最大的射流打击力。相较于其它材质的喷嘴，钻石拥有自然界最高的硬度，且可抛光至更高的粗糙度(14级)，做出来的喷嘴耐磨性好，流量系数高，使用寿命和打击力达到以往无法比拟的高度。

对于用于超高压喷射的喷嘴通孔7，本申请设置有线型直孔和锥度通孔两种；所述喷嘴通孔7设置为线型直孔，所述上置开口5与下置开口6连通。前后的超高压喷射流速具有一致性水的集束更长。

所述喷嘴通孔7设置为上面直孔下面锥度孔，所述喷嘴通孔7的顶部通过直孔与上置开口5相连通，所述喷嘴通孔7的底部通过锥度孔与下置开口6相连通。这样减少了钻石直孔厚度更易于激光打出规定尺寸，而且由于直孔高度的缩短，可以减少超高压喷射的加速时间。

本申请通孔7设置有圆孔、扇形孔、异形孔等，适用于不同使用工况的需求。

上述二者根据不同的作业场合和作业需要，进行相关的安装配置。

实施例二：

请参阅图2、图3、图6和图7，本实施例作为实施例一进一步的实现结构，在其基础上，本实施例将所述钻石片1设置在金属外壳4的中轴线位置并且完全包裹在金属纳米粉层2内腔。所述上置开口5的底部锥尖位置延伸至金属纳米粉层2的内腔，在金属纳米粉层2的顶部形成锥形开口。钻石片1不与金属外壳4相接触，完全包裹在金属纳米粉层2内腔。

优选的，请参阅图8-13，所述图示均为加工完整后不同孔型和结构的钻石，用以适应不同类型的加工作业需求。

针对本申请所述钻石喷嘴，还公开一种超高压液体射流的钻石喷嘴的方法，用以进一步清楚说明本申请的内容，包括以下步骤：

步骤一：采用金属材料，通过用车床加工出圆柱外形和内置空腔，并且确保外圆柱度和端面垂直度的数据准确性，形成金属外壳4；

步骤二：将金钢石原料切割打磨成外径和厚度均匀的的钻石片1，将钻石片1然后放置于金属外壳4的内置空腔中，将金属纳米粉末填充到金属外壳4的内置空腔中；依据不同的实施结构，调控内置空腔中，金属纳米粉末包裹钻石片1的深度；

步骤三：压入金属压盖3，经过高温高压烧结，金属纳米粉末将钻石片1紧密包裹并与金属外壳4融为一体；所述图1和图2均为可实行的技术结构；

步骤四：将金属外壳4在车床上精车圆柱外形，还有两端面的锥孔(或直孔)深入至钻石表面，便于下一步骤的钻石打孔；

步骤五：用激光对准钻石的中心打出不同的孔型和孔径，如图4-7，本申请以线型直孔和锥度通孔为代表性实施例，但是本工艺也不仅仅适合上述实施例，还适合孔、扇形孔、异形孔等；

步骤六：用超声波和线抛光机研磨、抛光钻石内孔至规定孔径和粗糙度；

步骤七：将抛光好钻石内孔的金属外壳上车床车削至适合装入水射流喷嘴和喷头的尺寸为钻石成品，图8-13的孔型和入钻面结构都为可选方案；

步骤八：做好的钻石喷嘴就可装配于各种水射流喷头内用于超高压喷射(图14至17所示)。

本申请采用莫氏硬度达10级的金钢石作为核心材料，用上述工艺把它做成水射流的喷嘴。相较传统于宝石喷嘴其使用寿命增加10倍以上，且其抛光后流量系数高，射流效果更好。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。