медицина (в том числе крио

делённой длине участка 5, соответствующей согласно графику (см. фиг. 2) относительной длине, равной шести диаметрам канала. При этом, длина струи с тем же динамическим напором увеличивается на 70 % по сравнению со струёй, вытекающей из насадка, не имеющего цилиндрической части канала, и на 50 % по сравнению со струёй, вытекающей из насадка, имеющего относительную длину цилиндрической части, равную двум диаметрам канала. Если же найти на кривой точки, соответствующие 5 и 9 диаметрам канала, то окажется, что они лежат примерно на одной линии, где дальнобойность струи отличается от максимальной лишь на 10 %, поэтому в этих пределах может быть выбрана длина цилиндрического участка 5 канала.

Струя моющей жидкости, вытекающая из цилиндрического участка 5 сопловой головки, обладает большой дальнобойностью, вследствие чего она эффективно очищает поверхность технологического оборудования и, в частности, поверхность коптильных камер от затвердевших смолистых веществ.

На рисунке 6.7 представлена группа абразивно-жидкостных струйных головок, позволяющих интенсифицировать процесс резки материалов.

На рисунке 6.7 а показана струйная головка, в которой абразивножидкостная струя окончательно формируется в отверстии 8 сопла 7, что естественно вызывает его ускоренный износ.

Устройство для резки струёй жидкости содержит корпус 1, имеющий осевой канал 2 и смесительную камеру 3, в которой выполнены окна 4, являющиеся обрезом каналов 5, служащих для подвода в камеру абразива. В корпусе 1 с помощью гайки 6 закреплено сопло 7, отверстие 8 которого является продолжением камеры 3.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость сверхвысокого давления через осевой канал 2 корпуса 1 попадает в смесительную камеру 3, в которую по каналам 5, выполненным по касательной к поверхности камеры 3 и под острым углом к ней, через окна 4 поступают абразивные частицы из средства подвода абразива. Струя жидкости, смешавшись с абразивом, через сопло 7 попадает на разрезаемое изделие и режет его. Такое расположение каналов 5 создаёт момент вращения струи вокруг оси сопла, что повышает скорость резания и обеспечивает равномерный износ поверхности выходного отверстия сопла 7.

На рисунке 6.7 б, в, г, д показаны конструкции абразивно-жидкостных струйных головок, у которых предусмотрен свободный ввод абразива в рабочую струю жидкости сверхзвуковой скорости с возможно наименьшими нарушениями их гидродинамических характеристик. Ниже приведены описания упомянутых головок.

На рис 6.7 “б” показан разрез гидрорезака и дано его описание. Цель изобретения – уменьшение габаритов устройства.

Корпус 5 гидрорезака 4 имеет цилиндрическую наружную поверхность 6. Коническая смесительная камера 7 сообщается осевым каналом 8 с осевой магистралью 9 воды высокого давления, закреплённой к торцу 10 корпуса 5. Кроме того, наклонные каналы 11 и пересекающиеся с ними каналы 12, па-

раллельные каналу 8, сообщают смесительную камеру 7 с магистралью 13 абразивного песка, также закреплённой к торцу 10 и параллельной магистрали 9. Каналы 11 имеют выходы 14 на наружную цилиндрическую поверхность 6 корпуса 5. Выходы 14 снабжены съёмными заглушками 15, установленными со стороны цилиндрической поверхности 6 заподлицо с ней. В канал 8 встроено струеформирующее сопло 16, из которого истекает высокоскоростная струя 17 воды высокого давления, а в нижней части 18 корпуса 5 встроено абразивное сопло 19, из которого истекает высокоэнергетическая гидроабразивная струя 20.

Устройство работает следующим образом.

К гидрорезаку 4 по магистрали 9 подаётся вода высокого давления, истекающая из сопла 16 в канале 8 в виде струи 17, которая проходит через смесительную камеру, затем через сопло 19 в нижней части 18 корпуса 5 и соударяется с раскраиваемым материалом.

Проходя через камеру 7 со сверхзвуковой скоростью, струя 17 завихряет воздух, находящийся здесь, и уносит его с собой, создавая в камере 7 разрежение. Ближайшие выходы 14 из каналов 11 на наружную поверхность 6 корпуса 5 закрыты заглушками 15, поэтому подсос воздуха в камеру 7 производится через каналы 12, выходящие на торец 10 и магистраль 13. Именно за счёт этого потока воздуха и происходит подача абразивного песка в смесительную камеру 7, где песчинки захватываются струёй 17 и разгоняются ею до высокой скорости, приобретая большую кинетическую энергию и становясь инструментом большой разрушающей (режущей) способности. Высокоэнергетическая гидроабразивная (смешанная) струя 20, истекающая из сопла 19 способна резать даже твёрдые материалы. Заглушки 15 могут сниматься для прочистки засорившихся каналов 11 и смесительной камеры 7.

На рисунке 6.7 в показана жидкостно-абразивная эжекторная головка. Изобретение относится к абразивно-жидкостной обработке и может быть использовано для резки материалов высоконапорными абразивно-

жидкостными струями.

Цель изобретения – повышение производительности резки высоконапорной абразивно-жидкостной струёй за счёт снижения износа насадка.

На фиг. 1 изображена струйно-абразивная эжекторная головка, разрез; на фиг. 2 – узел 1 на фиг. 1.

Струйно-абразивная эжекторная головка содержит штуцер 1 с осевым каналом подачи рабочей жидкости, на которой с помощью резьбы наворачивается корпус 2. На выходной конец штуцера 1 с помощью накидной гайки 3 закрепляется калибродержатель 4, а к нижнему торцу корпуса 2 с помощью накидной гайки 5 закрепляется центрирующее эластичное кольцо 6, в отверстие которого установлен насадок 7. С боковой стороны корпуса 2 закрепляется штуцер 8 для подвода абразивной суспензии. Насадок 7 имеет радиальные каналы 9, которые расположены во внутренней полости 10 корпуса 2. В калибродержателе размещён калибр 11 для формирования высоконапорной жидкостной струи, который закрепляется с помощью винта 12.

Струйно-абразивная эжекторная головка работает следующим образом. Перед началом её работы производится настройка соосности истекающей из калибра 11 высоконапорной жидкостной струи с осью насадка 7. При подаче жидкости через внутренний канал штуцера 1 под рабочим давлением порядка 200—500 МПа ослабляют прижим эластичного центрирующего кольца 6 к торцу корпуса 2 с помощью гайки 5 и совмещают визуально ось истекающей струи из калибра 11 с осью насадка 7 путём радиального перемещения кольца 6, которое выполнено с радиальным зазором в накидной гайке 5. После совмещения этих осей закрепляют кольцо 6 гайкой 5. При подаче рабочей жидкости через внутренний канал штуцера 1, калибродержателя 4 и калибра 11 струя попадает в насадок 7. Одновременно по штуцеру 8 поступает абразивная суспензия самотёком за счёт эжекции, которая создаётся во внутренней полости 10 корпуса 2, или под давлением до 0,5 МПа. Абразивная суспензия через радиальное отверстие 9 засасывается в насадок 7, и высоконапорная абразивно-жидкостная струя поступает из него к разрезаемому

изделию.

Обеспечение предварительной настройки соосности уменьшает износ насадка: за счёт того, что абразивные частицы из высоконапорного абразивножидкостного потока, который протекает по насадку, не касаются стенок его внутреннего канала. Эти абразивные частицы не теряют своей кинетической энергии на износ насадка и с большой производительностью разрезают обрабатываемый материал.

На рисунке 6.7 г изображена сопловая головка для резки абразивноводяной струёй.

В корпусе 2 последовательно с передней стороны установлены водяное сопло высокого давления 6, внутренний цилиндр 12 и наконечник 9 абразивного сопла. Вода высокого давления поступающая из сопла 6, проходит через водяной канал 11 круглого сечения, выполненный в цилиндре 12, и в виде струи выбрасывается из наконечника 9. В корпусе 2 вокруг цилиндра 12 образована кольцевая камера 10 для абразивной суспензии. В камеру 10 выходит канал 13 для подвода этой суспензии. В цилиндре 12 со сдвигом по окружности выполнены отверстия 14 для подвода абразивного раствора. Через эти отверстия камера 10 сообщается с водяным каналом высокого давления 11. Отверстия 14 выходят в канал 11 по касательной.

Сопло для гидроабразивной резки показано на рисунке 6.7 д.

Воду под высоким давлением подают через питающую трубу 70 и отверстие 36 в наконечнике 40. При этом струя воды проходит через смесительную камеру 35, в результате чего в зоне 34, которая сообщается с камерой распыления 51 создаётся вакуум. Камера 51 сообщается через каналы 33 с камерой 50, в которую через трубу 60 подают абразивный порошок. При падении из камеры 50 в камеру 51 масса порошка разрыхляется с помощью выступов 32, в результате чего происходит равномерное смешивание порошка с потоком воды. Конструкция сопла повышает срок службы смесительной камеры вследствие уменьшения неравномерного износа.

Рассмотрим (рисунок 6.8) группу жидкостных сопловых головок с каналами для подачи хладагента, предназначенного приданию рабочей струе абразивных свойств за счёт образования льда и повышения износостойкости сопла за счёт получения замороженного слоя жидкости.

Ниже описаны показанные на рисунке 6.8 конструкции подобных жидкостных струйных головок.

Целью изобретения является повышение долговечности сопла для получения режущей струи жидкости (см. рисунок 6.8 а).

Поставленная цель достигается тем, что в сопле для получения режущей струи жидкости, содержащем штуцер со сферическим торцом, закреплённый на штуцере держатель и установленный в нём соосно со штуцером вкладыш с наружной конической поверхностью и выходным отверстием, меньшее основание которого расположено в одной плоскости с торцом держателя, в держателе соосно со штуцером выполнена цилиндрическая полость, соединённая посредством канала, выполненного в держателе, с источником хладагента.

На фигуре 1 изображено сопло для получения режущей струи жидкости, на фиг. 2 – разрез А-А на фиуре. 1.

Сопло для получения режущей струи жидкости содержит штуцер 1 со сферическим торцом, закреплённый на штуцере 1 держатель 2 и установленный в нём вкладыш 3 с наружной конической поверхностью и выходным отверстием 4.

Вдержателе 2 соосно штуцеру 1 выполнена цилиндрическая полость 5

сдиаметром, большим диаметра среднего участка вкладыша 3, соединённая посредством канала 6, выполненного также в держателе 2, с источником хладагента (не показан). Вкладыш 3 выполнен из материала с повышенной теплопроводностью, например, медь, алюминий. В качестве хладагента могут быть использованы углекислота или жидкий азот.

Сопло для получения режущей струи жидкости работает следующим образом.

Перед подачей жидкости в штуцер 1 через канал 6 в цилиндрическую

расточку 5 подаётся хладагент, который омывает вкладыш 3 и охлаждает его до температуры ниже 00С. Затем через штуцер 1 подаётся высоконапорный поток жидкости, который, проходя через охлаждённый вкладыш 3, образует на его стенках слой замёрзшей жидкости. Так как вкладыш 3 непрерывно охлаждается хладагентом, то разрушающийся вследствие воздействия на него высоконапорного потока слой замёрзшей жидкости постоянно восполняется, тем самым предохраняет от разрушения сам вкладыш 3 и, следовательно, повышает долговечность работы сопла.

По сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить долговечность сопла для получения режущей струи жидкости.

Цель изобретения – повышение износостойкости сопла путём интенсификации процесса образования по внутренней поверхности вкладыша слоя замороженной жидкости (см. рисунок 6.8 б).

Указанная цель достигается тем, что в сопле для получения режущей струи жидкости, вкладыш выполнен из пористой металлокерамики с покрытием внутренней поверхности из высокотеплопроводного металла.

При этом вкладыш выполнен из пористой бронзы с покрытием внутренней поверхности из меди.

Пористая бронза и медь имеют близкие по величине коэффициента объёмного расширения и обеспечивают необходимую механическую устойчивость вкладышу.

Наличие во вкладыше открытых пор увеличивает поверхность теплообмена, что повышает теплопроводность вкладыша и интенсифицирует процесс образования слоя замороженной жидкости на внутренней поверхности вкладыша.

Выполнение вкладыша с покрытием внутренней поверхности из меди обеспечивает необходимую герметичность вкладыша и его соединения со штуцером. Повышение теплопроводности вкладыша также достигается возможностью выполнения медного покрытия с малой толщиной.

На чертеже изображено сопло для получения режущей струи жидкости. Сопло для получения режущей струи жидкости содержит штуцер 1 со сферическим торцом 2, закреплённый на штуцере 1 держатель 3 с соосной штуцеру 1 цилиндрической полостью 4, соединённой посредством канала 5 с источником хладагента (не показан).

Вполости 4 держателя 3 установлен вкладыш 6 с наружной конической поверхностью и выходным осевым отверстием 7.

Вкладыш 6 выполнен из пористой металлокерамики с покрытием 8 внутренней поверхности из высокотеплопроводного металла.

Вкачестве пористой металлокерамики может быть использована пористая бронза с пористостью 50—60 %, с покрытием 8 внутренней поверхности из меди толщиной 0,5—2 мм.

Вкачестве хладагента используют жидкий азот или аммиак.

Сопло для получения режущей струи жидкости работает следующим образом.

Перед подачей жидкости в штуцер 1, в полость 6 по каналу 5 подаётся хладагент, например аммиак или жидкий азот, который омывает вкладыш 6 и охлаждает его ниже 00С. Затем через штуцер 1 подаётся высоконапорный поток жидкости, который, проходя через охлаждённый вкладыш 6 образует на его внутренней поверхности слой замороженной жидкости, защищающей вкладыш 6 от износа. Нагрев вкладыша 6 истекающей жидкостью компенсируется его охлаждением хладагентом, чему способствует пористая структура вкладыша 6 и малая толщина внутреннего покрытия, выполненного из высокотеплопроводного металла.

Данное техническое решение повышает износостойкость сопла и позволяет интенсифицировать процесс резки материалов струёй жидкости.

Целью изобретения является повышение эффективности резания путём придания жидкости абразивных свойств за счёт образования льда, при этом долговечность сопла не снижается (см. рисунок 6.8 в).

На фиг. 1 этого рисунка изображено сопло для получения режущей струи жидкости; на фиг. 2 – узел 1.

Сопло для получения режущей струи жидкости содержит штуцер 1 с осевым каналом 2 подачи жидкости, закреплённый на штуцере 1 держатель 3

сполостью 4, сообщённой с каналом 5 подачи хладагента.

Вполости 4 установлен соосно штуцеру 1 конический вкладыш 6 с осевым выпускным каналом 7, меньшее основание которого расположено в одной плоскости с торцом держателя 3. Во вкладыше 6 выполнены наклонные к оси сопла каналы 8, сообщающие полость 4 держателя 3 с выходной частью осевого канала вкладыша 6.

Вкладыш 6 выполнен из высокотеплопроводного материала, например меди. В качестве хладагента может использоваться жидкий азот, фреон, хладон и т.п. вещества. Для герметизации соединений используются прокладки

9.

Сопло для получения режущей струи жидкости работает следующим образом.

При подаче хладагента в полость 4 держателя 3 через канал 5 происходит охлаждение вкладыша 6. Поступающая через осевой канал 2 штуцера 1 жидкость намерзает на внутренней поверхности вкладыша 6, образуя защитный слой льда, который предохраняет вкладыш 6 от абразивного износа струёй жидкости.

Струя жидкости, проходящая через осевой канал 7, захватывает также хладагент, поступающий по наклонным каналам 8 из полости 4, что приводит к образованию льда в струе жидкости.

Изобретение позволяет повысить эффективность резания высоконапорной струёй жидкости за счёт образования в ней частиц льда и обеспечивает высокую износостойкость сопла за счёт образования на его внутренней поверхности ледяного защитного покрытия.

Наклонное к оси сопла расположение каналов, сообщающих полость держателя с выпускной частью сопла, обеспечивает эжекционное введение хладагента в сопло и устраняет возможность выхода жидкости в полость держателя.

Предлагаемое сопло позволяет интенсивнее производить резание листового материала наиболее эффективным для резания участком выходящей из сопла струи, что обусловлено удалением из конструкции сопла цилиндрического насадка, проходя по которому струя жидкости теряет скорость и напор.

Целью изобретения по заявке на патент (см. рисунок 6.8 г) является также охлаждение рабочей жидкости.

Головка отличается центрально расположенной линий 12 подачи струи жидкости на насадке 13, которой укреплено режущее сопло 14. Линию 12 концентрически окружает труба 15 для подвода и отвода сжиженной низкокипящей охлаждающей среды. Трубу 18 концентрически окружает вакуумная изоляция 19 а также заключающий изоляцию 19 водоохлаждаемый кожух

20, 21, 22.

На рисунке 6.9 приведена конструкция струйной головки, в которой присутствуют все ранее рассмотренные компоненты, дающие возможность увеличения эффективности процесса гидрорезания.

Цель изобретения – повышение производительности и точности обработки устройством для резки струёй жидкости высокого давления.

На рисунке 6.9 изображён общий вид устройства для резки струёй жидкости высокого давления.

Устройство для резки струей жидкости высокого давления содержит корпус 1, сопло 2 с выходным каналом 3, полое кольцо 4, компрессор 5, вихревую трубку 6 (холодильник) и воздухопровод 7.

В сопло 2 подаётся жидкость насосом, обеспечивающим давление истечения струи от 1500 до 7000 атм.

В корпус 1 подаётся абразив под низким давлением 0,5 кг/см2 полое кольцо 4 служит для подачи охлаждённого воздуха в направлении струи 8 жидкости. Полое кольцо 4 устанавливается на корпусе 1 со стороны выходного канала 3 и соосно с ним посредством резьбового соединения 9. Чтобы охлаждённый воздух не нагревался проходя через полое кольцо 4, оно выполнено из теплозащитного материала, например текстолита.

Воздух из компрессора 5 подаётся через вихревую трубку 6 по воздухопроводу 7 в полость 10, а оттуда через отверстия 11 в стенке 12 в направлении струи жидкости.

Воздух от компрессора 5 проходит через вихревую трубку 6, охлаждается ниже 00С и охлаждённым подаётся через полое кольцо 4 в направлении струи жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Всопло 2 подаётся жидкость насосом, обеспечивающим давление истечения струи от 1500 до 7000 атм.

Вкорпусе 1 подаётся абразив, взвешенный в жидкости под низким давлением 0,5 кг/см2. Струя 8 жидкости, проходя через корпус 1, захватывает абразив.

Под действием охлаждённого воздуха струя жидкости 8 переходит в твёрдое состояние (замерзает) и в таком твёрдом состоянии воздействует на обрабатываемую деталь. Вмёрзшие в струю абразивные зёрна, входя в контакт с обрабатываемой деталью, производят её разрезку.

Выше рассмотренные конструкции сопловых головок для гидрорезания имеют свои преимущества и недостатки, но они все признаны на

уровне изобретений. Выбор типа струйной головки для тех или иных производственных условий производится специалистами исходя из конкретно поставленных задач.

6.2.3. Сопло струйной головки

Конструктивные и технологические параметры сопла (форма, размеры и качество поверхности отверстия) оказывают значительное влияние на строение и гидродинамические характеристики струи.

Сопло является элементом струйной головки, в котором происходит поджатие потока жидкости и её плавный переход в скоростной напор. Основной задачей оптимизации конструкции сопла является снижение потерь энергии, которые возникают при трении струи о стенки сопла и изменении размеров и формы поперечного сечения струи внутри сопла. Эти потери можно сократить за счёт использования сопла с определённым профилем и низкой шероховатостью стенок его отверстия.

Считается, что тип сопла, показанный на рисунке 6.10 и имеющий конический профиль, оканчивающийся цилиндрическим участком, наиболее приемлем как с точки зрения рационального формирования струи, так и технологичности его изготовления.

Рис 6.10 Профиль отверстия сопла

Этот тип сопла рекомендован для промышленного использования и его геометрические размеры могут быть рассчитаны в зависимости от конкретных условий применения. В рассмотренных выше струйных головках сопла (в подавляющем большинстве) имеют коническую или коническоцилиндрическую форму, показанную на рисунке 6.10.

Высокая точность изготовления геометрических размеров и низкая шероховатость внутренней поверхности отверстия сопла – необходимые условия при их производстве.

6.2.4 Краткие сведения о технологических параметрах гидрорезания

Как и при любом виде обработки материалов экономичность процесса гидрорезания может быть достигнута за счёт выбора его оптимальных параметров: давление рабочей жидкости, формы и диаметра отверстия сопла, расстояния сопла от разрезаемой поверхности, скорости подачи, числа проходов (количество сопел, приходящихся на единицу длины реза) необходимых для резки материала.

Давление жидкости оказывает наибольшее влияние на производительность гидрорезания.

Процесс гидрорезания возможен в случае, когда давление струи жидкости на единицу площади поверхности реза превышает предел прочности обрабатываемого материала. При равных условиях дальнейшее повышение давления истекающей струи жидкости (из-за возрастания её кинетической энергии) приведёт к увеличению толщины разрезаемого материала за один проход.

Давление рс, а затем и силы Рп, которые создаются струёй рабочей жидкости на поверхности контакта с обрабатываемой заготовкой, можно определить по формулам:

рс=(0,5+ε) 10-6 ρ Vc2, МПа Рп=(0,5+ε) 10-6 ρ Ψ fc Vc2, Н

где: рс – давление струи жидкости на обрабатываемой поверхности материала,

ε - коэффициент сжатия струи, зависящий от профиля отверстия сопла (при коноидном профиле ε≈1),

ρ - плотность рабочей жидкости,

Vc – скорость струи рабочей жидкости, вытекающей из сопла,

Ψ - коэффициент, учитывающий эффект растекания струи и изменения скорости струи по мере её удаления от сопла (Ψ=0,92÷0,96)

fc – площадь поперечного сечения выходного отверстия сопла.

Форма и диаметр выходного отверстия сопла. Они оказывают влияние на качество водяной струи и её компактность. Из формулы (1.2) видно, что при равных условиях работы увеличение fc и, следовательно, диаметра выходного сечения сопла приводит к возрастанию Рп. Это обстоятельство позволяет констатировать, что при заданных условиях работы за счёт увеличения диаметра выходного отверстия сопла можно разрезать и более толстые материалы, но в этом случае площадь контакта струи с металлом возрастает и увеличенная Рп воздействует на большую площадь и давление на единицу площади не изменится. Увеличение диаметра сопла приводит к повышенно-

му расходу рабочей жидкости и, следовательно, к возрастанию энергетических затрат на формирование струи.

Обычно наибольший диаметр сопла при резании материалов не превышает 0,3 мм.

Изменение диаметра отверстия сопла в меньшую сторону приводит к формированию струи с меньшим диаметром истечения.

Высоконапорные струи уменьшенного диаметра при встрече с контактирующей поверхностью подвержены более быстрому распаду.

Скорость подачи. Непрерывность любого вида резания материалов связана со скоростью относительного перемещения заготовки и инструмента (струи рабочей жидкости), численное значение которой зависит от свойств обрабатываемого материала. При равных условиях работы снижение скорости подачи приведёт к падению производительности обработки, а её увеличение к сокращению величены энергии приходящей на единицу обрабатываемой поверхности и, следовательно, к уменьшению возможной глубины резания.

Формула для окончательного определения силы резания Рр, которая учитывает влияние скорости подачи:

Рр=(0,5+ε) 10-6ρ Ψfc Vc2(1-α)2, H

где: α=Vn/Vc, Vn – скорость подачи.

Дистанция между срезом сопла и поверхностью заготовки. Если учесть, что высоконапорная струя имеет наибольшую кинетическую энергию вблизи среза сопла, то чрезмерное удаление поверхности обработки от сопла может привести к исключению процесса гидрорезания.

Число проходов определяется в зависимости от технических возможностей оборудования. При заданных условиях гидрорезание толстых материалов можно проводить за несколько проходов.

Обеспечение производительной работы при гидрорезании возможно при оптимизации величин указанных параметров.

Для более полного восприятия технологических возможностей гидрорезания ниже дана таблица сравнительных параметров термических и высоконапорного абразивно-водяного струйного резания металлов.

Таблица 6.1 - Параметры термических и высоконапорного абразивноводяного струйного резания металлов