阅读说明：本技术 一种利用表层水加压控制磨料运动状态减少磨损的装置 (Device for controlling motion state of abrasive to reduce abrasion by pressurizing surface water ) 是由 齐欢 成志超 秦世康 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：一种利用表层水加压控制磨料运动状态减少磨损的装置,包括磨料箱、第一隔膜式计量泵、喷管和喷嘴,装置还包括储水箱和第二隔膜式计量泵,喷管包括第一段喷管和第二段喷管,第二段喷管的出口设置喷嘴,磨料箱的出口与第一段喷管连接,第一隔膜式计量泵位于第一段喷管上,第一段喷管与第二段喷管之间为喷管接口；储水箱与出水管连接,出水管上设置第二隔膜式计量泵,出水管的出口与喷管接口连接；喷管接口中,中心圈与第一段喷管的出口相接,同心圆环与出水管的入口相接,且第二隔膜式计量泵的入射压力高于第一隔膜式计量泵的入射压力。本发明可以有效控制磨料运动状态使其在碰撞前,将其约束在一定区域内,高效加工工件材料。(A device for controlling the motion state of abrasive materials to reduce abrasion by pressurizing surface water comprises an abrasive material box, a first diaphragm type metering pump, a spray pipe and a nozzle, and further comprises a water storage tank and a second diaphragm type metering pump, wherein the spray pipe comprises a first section spray pipe and a second section spray pipe, the nozzle is arranged at the outlet of the second section spray pipe, the outlet of the abrasive material box is connected with the first section spray pipe, the first diaphragm type metering pump is positioned on the first section spray pipe, and a spray pipe interface is arranged between the first section spray pipe and the second section spray pipe; the water storage tank is connected with a water outlet pipe, a second diaphragm metering pump is arranged on the water outlet pipe, and the outlet of the water outlet pipe is connected with the nozzle interface; in the nozzle interface, the central ring is connected with the outlet of the first section of nozzle, the concentric ring is connected with the inlet of the water outlet pipe, and the incident pressure of the second diaphragm type metering pump is higher than that of the first diaphragm type metering pump. The invention can effectively control the motion state of the abrasive to restrict the abrasive in a certain area before collision, and efficiently process workpiece materials.)

一种利用表层水加压控制磨料运动状态减少磨损的装置

技术领域

本发明属于磨料水射流加工技术领域，尤其是涉及一种可利用表层水压力控制磨料运动状态减少喷嘴及管道磨损的装置。

背景技术

早在20世纪60年代，美国、日本和前苏联等国家从高速飞行的飞机受到雨滴的侵蚀这一现象中得到启发，投入了大量的人力、物力研究开发水射流切割技术。并于70年代正式制造出了世界上第一台超高压纯水切割机。将它应用到家具制造行业中，取得了前所未有的经济效益。不过，由于纯水的切割能力不是很强，人们开始着手研究切割能力更加强大的磨料水射流切割技术，并在接下来的几十年中取得巨大进展。磨料水射流技术具有其它加工方法所没有的工件上无热影响区、加工力小、加工范围广和可加工复杂形状等优点。所以其发展为难加工材料提供了切实可行的手段,特别是在加工陶瓷和玻璃脆性材料及复合材料、钛合金等方面显示出巨大的潜力。泵将磨料从磨料箱内吸出，经过加压在短时间内获得一个极强的动能，从喷嘴喷出撞击在工件上对工件进行加工。喷射系统是整个射流加工系统的核心部件。喷嘴是磨料水射流技术应用中获得高能量利用率的关键因素之一,是水射流系统中把压力能转变为动能的一种装置,也是完成水射流加工的执行机构。但是，因为磨料中的磨粒在加速过程中无序撞击，磨料射流会在这短暂的过程中严重磨损管道内壁与喷嘴，并因此损失掉大量加工能量，影响加工效率。因此探索一种有效控制磨料运动，减少磨损，提高磨料射流技术的方法对推动磨料水射流技术的发展有着重要的意义。

发明内容

为了解决磨粒在撞击过程中严重磨损管道内壁与喷嘴并损失掉大量加工能量的问题，本发明提供一种在加工过程中，可以有效控制磨料运动状态使其在碰撞前，将其约束在一定区域内，高效加工工件材料的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用表层水加压控制磨料运动状态减少磨损的装置，包括磨料箱、第一隔膜式计量泵、喷管和喷嘴，其特征在于，所述装置还包括储水箱和第二隔膜式计量泵，所述喷管包括第一段喷管和第二段喷管，第二段喷管的出口设置喷嘴，所述磨料箱的出口与所述第一段喷管连接，所述第一隔膜式计量泵位于第一段喷管上，所述第一段喷管与第二段喷管之间为喷管接口；所述储水箱与出水管连接，所述出水管上设置第二隔膜式计量泵，所述出水管的出口与所述喷管接口连接；

所述喷管接口中，中心圈与所述第一段喷管的出口相接，同心圆环与所述出水管的入口相接，且第二隔膜式计量泵的入射压力高于所述第一隔膜式计量泵的入射压力。

进一步，所述第二隔膜式计量泵的出口同时与外接喷管的入口连接，所述外接喷管的出口与靠近喷嘴的第二段喷管连接。

优选的，所述外接喷管有至少两个，依次并排布置在第二段喷管上。

再进一步，所述装置还包括附加水箱，所述附加水箱与附加水管连接，第三隔膜式计量泵位于附加水管上，所述附加水管与附加外接喷管连接，所述附加外接喷管的出口与靠近喷嘴的第二段喷管连接。

优选的，所述附加外接喷管有至少两个，依次并排布置在第二段喷管上。

更进一步，所述第一段喷管、出水管、外接喷管和附加外接喷管上均设有电磁阀门，所述第一段喷管、出水管、外接喷管、附加外接喷管和二段喷管上也设有压力传感器，所述电磁阀门和压力传感器均与控制器连接。

所述磨料箱上设有搅拌器。

本发明的技术构思为：磨粒与水加入磨料箱后，需时刻保持充分搅拌，第一隔膜式计量泵将磨料吸入，通过调节第一隔膜式计量泵的量程，可以控制加工压力。当磨料进入第一段喷管内，第一隔膜式计量泵通过加压，加快磨料的运动。当磨料到达第二段喷管入口处(喷管接口)时，第二隔膜式计量泵开始将储水箱内的液体喷出，使其与磨料在第二段喷管接口处汇合，磨料与纯水同时进入第二段喷管,磨料与纯水混合处，必须控制纯水压力高于磨料压力，并且不能过高，以免过快地将磨料冲散。在加速过程中，第二段喷管上压力传感器将实时数据传递回控制器。根据喷管内压力的变化，调整喷管外部的射入水流压力，有效地把喷管内的磨料控制在中间区域内，在这个过程中至少需要两个及以上的隔膜式计量泵配合作用，利用控制器适时地打开电磁阀门，冲入水流。另外接在主喷管上的外接喷管与靠近喷嘴的第二段喷管连接，不能过粗，避免冲入水流过多影响到射流最后的加工。

本发明的有益效果主要表现在：相对于现有的技术，通过运用水压力短暂形成的保护膜，将水射流内的无序混乱运动的颗粒有效地控制在一定区域内，并在磨料与纯水不断混合的过程中，适时地再次介入纯水射流，形成保护层水膜，避免了磨粒与喷嘴的直接碰撞。并且在磨料加速过程中，通过压力传感器传输到控制器上的数据，监控射流在管道内的情况，不断调整入射的水射流的压力，效率上得到了显著提高。同时因为磨料射流被控制在中间较小的区域范围内，加工能量更加集中，加工效率显著提高。

附图说明

图1是一种利用表层水加压控制磨料运动状态减少磨损的装置示意图。

图2是喷管接口的截面图。

图中参数：1、储水箱 2、第二隔膜式计量泵 3、搅拌器 4、磨料箱 5、喷管接口 6、电磁阀门 7、控制器 8、喷嘴 9、附加储水箱 10、第一隔膜式计量泵 11、第三隔膜式计量泵12、压力传感器 13、外接喷管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种利用表层水加压控制磨料运动状态减少磨损的装置，包括磨料箱4、第一隔膜式计量泵10、喷管和喷嘴8，所述装置还包括储水箱1和第二隔膜式计量泵2，所述喷管包括第一段喷管和第二段喷管，第二段喷管的出口设置喷嘴8，所述磨料箱4的出口与所述第一段喷管连接，所述第一隔膜式计量泵10位于第一段喷管上，所述第一段喷管与第二段喷管之间为喷管接口5；所述储水箱1与出水管连接，所述出水管上设置第二隔膜式计量泵2，所述出水管的出口与所述喷管接口5连接；

所述喷管接口5中，中心圈与所述第一段喷管的出口相接，同心圆环与所述出水管的入口相接，且第二隔膜式计量泵2的入射压力高于所述第一隔膜式计量泵10的入射压力。

进一步，所述第二隔膜式计量泵2的出口同时与外接喷管13的入口连接，所述外接喷管13的出口与靠近喷嘴的第二段喷管连接。

优选的，所述外接喷管13有至少两个，依次并排布置在第二段喷管上。

再进一步，所述装置还包括附加水箱9，所述附加水箱9与附加水管连接，第三隔膜式计量泵11位于附加水管上，所述附加水管与附加外接喷管连接，所述附加外接喷管的出口与靠近喷嘴的第二段喷管连接。

优选的，所述附加外接喷管有至少两个，依次并排布置在第二段喷管上。

更进一步，所述第一段喷管、出水管、外接喷管和附加外接喷管上均设有电磁阀门6，所述第一段喷管、出水管、外接喷管、附加外接喷管和二段喷管上也设有压力传感器12，所述电磁阀门6和压力传感器12均与控制器7连接。

所述磨料箱4上设有搅拌器3。

本实施例中，适量的磨粒与水加在磨料搅拌箱4内后，需要时刻保持搅拌器3搅动，让磨料均匀。磨料在磨料搅拌箱4内充分搅拌后，第一隔膜计量泵10吸附隔膜形成真空，将磨料从搅拌箱内吸出，再通过推挤，将磨料进行加压，使其快速地通过第一段管道。同时第二隔膜计量泵2吸附隔膜形成真空，将纯水从储水箱1内吸出，控制器7采集第一段磨料管道内压力传感器的数据，调整第二隔膜计量泵2的纯水入射压力，使纯水入射压力高于磨料压力20％-30％。磨料与纯水通过喷管接口5进入第二段喷管，中心圈内为磨料，同心圆环内为入射的纯水。在这个过程中，因为入射的纯水的带动，磨料的速度逐渐提升，当速度接近时，开始与纯水混合，主喷管外接喷管13上的电磁阀门打开，最靠近接口处的喷管最先打开。通过压力传感器12传回的数据，控制入射水流压力。随着磨料的压力变化，外接喷管13的入射水流压力也需要进行调整，压力同样是高于该段磨料压力的20％-30％。在这个过程中，快速入射的水流因为入射角度，与中间本身存在的磨料，会在近喷管形成一层保护水膜，将磨料有效地控制在中间区域。直到磨料最终通过喷嘴8射出，撞击在工件上，对工件进行加工。

上述利用表层水加压控制磨料运动状态减少磨损的装置及方法，可以减少磨料对于喷嘴及喷管的磨损，同时由于以水压力为控制手段，成本较低，结构简单，易于实现。而通过引入电磁阀，压力传感器，控制器等可以实现各个过程数据的实时反馈，控制更加精准方便。本装置提供的加工方案具有现实的研究意义，通用性强，不会因为磨料特性的改变而有较大起伏，对保护喷嘴，延长喷嘴喷管使用寿命有着重要的意义。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。