磨料水射流镜像切割实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及切割实验装置技术领域，尤其是一种磨料水射流镜像切割实验装置，通过该装置实现对硬脆材料进行高效精密切割加工，并保证一定的切割断面质量。
【背景技术】
[0002]磨料水射流加工作为一种新型的特种加工技术，近年来得到了迅速发展。相对于其他的传统加工技术而言，它具有无热影响区、无工具磨损、反作用力小、加工范围广、加工柔性高、绿色环保以及操作简单等优点。磨料水射流加工也渐渐地被应用在切割、车削、铣削和抛光等机械加工领域。在精密、微细加工领域，磨料水射流加工技术对高硬度、高脆性等难加工材料加工的精度不断提高，拥有广阔的应用前景。
[0003]硬脆材料的高硬度、高脆性及低断裂韧性等固有特性，其加工工艺性比其他材料差很多，而且在磨料水射流切割工件过程中，由于射流能量随着切深的增加而逐渐衰减，使得工件上下表面的切缝是上宽下窄的，切割断面就呈一定锥度，同时由于射流断面动能的分布不均和射流的偏转滞后造成了磨料水射流切割断面存在明显的粗糙的条纹，以上缺陷严重降低了切割断面的表面质量，限制了磨料水射流的应用和发展。
【实用新型内容】
[0004]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的磨料水射流镜像切割实验装置，从而通过一定空间方位的对称倾角补偿既可以保证在加工完成后切割断面无明显的锥度，无明显的斜条纹，而且通过射流的叠加可以大大加强其切割能力。通过镜像布置高压喷嘴于切割前进方向两侧，既抵消了镜像布置高压喷嘴对工件切缝面的部分垂直切削力，又加强了工件深度方向和射流前进方向上的切削作用力，从而通过磨料水射流镜像切割实验装置，可以对硬脆材料进行精密切削加工，不仅提高了磨料水射流切割断面的表面质量，还可以降低切削加工时间，提高磨料水射流的切削加工效率。
[0005]本实用新型所采用的技术方案如下:
[0006]—种磨料水射流镜像切割实验装置，包括机架，所述机架的中部通过定位装置安装工件，所述机架上通过支撑杆安装有顶架，所述顶架上设置有横向导轨，所述横向导轨上安装沿其滑动的喷头升降机构，所述喷头升降机构上固定有支撑架，所述支撑架成倒“Y”字形结构，所述支撑架上对称相对安装有高压水喷嘴，所述支撑架的两端分别安装有电动机，所述高压水喷嘴的头部安装有红外线传感器，两个高压水喷嘴的输出口同时对准工件的切割位置，所述高压水喷嘴的中部通过进砂管连接磨料罐，所述磨料罐位于机架的外侧。
[0007]作为上述技术方案的进一步改进:
[0008]两个高压水喷嘴之间的夹角成15°-30°;
[0009]喷头升降机构的结构为:包括固定板，所述固定板的背部与横向导轨配合连接，所述固定板的正面设置有竖向导轨，所述竖向导轨上安装有沿其上下移动的滑块，所述滑块上固定支撑架；
[0010]所述机架的底部安装有可调节垫脚。
[0011 ]本实用新型的有益效果如下:
[0012]本实用新型结构紧凑、合理，操作方便，运用该磨料水射流镜像切割实验装置，利用镜像布置(一定的空间方位)的双高压磨料水喷嘴喷射出的高速射流对工件进行切割，在切割过程中，射流束三个方向的分解，通过对称地倾角补偿射流冲击工件断面，可以有效地减小因射流能量衰减造成的切面锥度问题，通过沿切割前进方向上的一定倾角补偿切割工件，可以有效地改善因射流的动能分布不均和射流偏转滞后造成的明显粗糙条纹缺陷问题，通过射流束在垂直工件方向的叠加，可以大大地增强磨料射流的切割能力。因此，本实用新型装置大大地改善了磨料水射流切割断面的表面质量，提高了切割效率。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的结构示意图。
[0014]图2为本实用新型镜像布置的喷嘴空间方位示意图。
[0015]其中:1、可调节垫脚;2、机架;3、工件;4、红外线传感器;5、进砂管;6、高压水喷嘴；
7、电动机;8、支撑架;9、磨料罐；10、喷头升降机构；11、横向导轨；12、顶架;601、喷嘴空间方位;602、射流能量沿垂直于工件方向的分解;603、射流能量沿切割前进方向的分解;604、射流能量沿切割断面方向的分解;605、切割前进方向。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0017]如图1所示，本实施例的磨料水射流镜像切割实验装置，包括机架2，机架2的中部通过定位装置安装工件3，机架2上通过支撑杆安装有顶架12，顶架12上设置有横向导轨11，横向导轨11上安装沿其滑动的喷头升降机构10，喷头升降机构10上固定有支撑架8，支撑架8成倒“Y”字形结构，支撑架8上对称相对安装有高压水喷嘴6，支撑架8的两端分别安装有电动机7，高压水喷嘴6的头部安装有红外线传感器4，两个高压水喷嘴6的输出口同时对准工件3的切割位置，高压水喷嘴6的中部通过进砂管5连接磨料罐9，磨料罐9位于机架2的外侧。
[0018]两个高压水喷嘴6之间的夹角成15°-30°。
[0019]喷头升降机构10的结构为:包括固定板，固定板的背部与横向导轨11配合连接，固定板的正面设置有竖向导轨，竖向导轨上安装有沿其上下移动的滑块，滑块上固定支撑架8。
[0020]机架2的底部安装有可调节垫脚I。
[0021 ]本实用新型所述的机架2为水射流切割机床上的机架。
[0022]本实用新型将双高压磨料水射流喷嘴镜像布置于工件3左右两侧(以一定的空间方位角度)。通过五轴数控水切割系统及电机来调节喷嘴的方位角，喷嘴可根据加工要求进行替换，两个高压喷嘴由数控系统控制，可进行双联动和独立运动。
[0023]本实用新型红外线传感器4的设计，用来采集工件3的位移信号，信号经调理器放大滤波，输入到位移采集卡，位移分析软件采集数据并进行分析，即可获得对应切割条件下的工件3位移情况。
[0024]本实用新型电动机7的设计，可以方便的调节高压水喷嘴6的旋转自由度，使其摆动，从而调节两个高压水喷嘴6的所在角度位置。
[0025]如图1所示，磨料水射流镜像切割实验装置主要由磨料水射流装置和位移测量装置等组成。水通过增压器增压至超高压，再通过小孔水喷嘴进入高压水喷嘴6混合室，形成高速水射流，并在混合室内产生一定的真空度，磨料在自重和压力差的作用下从磨料罐9经过进砂管5被吸入混合室，经过一定的加速，压力能转换成动能，形成高速磨料射流，并以极高的速度经磨料喷嘴作用在工件3上。通过调节可调节垫脚I来保持机床处于水平位置，安装在机床机架2上的喷头升降机构可以随时控制喷嘴到工件3的距离，固定在支撑架8上的电动机7结合五轴数控水切割系统来控制调节喷嘴的空间方位，当喷嘴方位按照图2确定后，固定喷嘴，红外线传感器4固定在高压喷嘴6上，进行工件3位移信号采集，经过传出、处理、分析等步骤，获得相应工况下的工件3位移情况。喷头升降机构在机架导轨上以一定速度进行移动，从而形成磨料水射流对工件3的镜像切割。
[0026]针对上述磨料水射流镜像切割实验装置，为了便于验证加工后切割断面的表面质量确实得到了较好的改善，在进行磨料水射流镜像切割硬脆材料加工前，先对相同的工件3，在相同工工况下进行无倾角补偿的切割加工(单个喷嘴垂直于工件3切割)，得出加工后切割断面的表面形貌和表面粗糙度以及完成一次切割所需时间，然后再与接下来的磨料水射流镜像切割进行对比。
[0027]使用该磨料水射流镜像切割实验装置对硬脆材料工件3加工时，应根据加工要求，合理选择好磨料种类，设置恰当的喷射压力、磨料流量及喷射靶距等工艺参数，且以图2所示的一定空间方位角固定布置镜像两喷嘴。两个高压水喷嘴6形成喷嘴空间方位601，通过喷嘴空间方位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、射流能量沿切割前进方向的分解603和射流能量沿切割断面方向的分解604，同时形成切割前进方向605，喷嘴空间方位601和射流能量沿垂直于工件方向的分解602之间的角度控制在5°-10°。同时应确保两喷嘴各工艺参数相同，这样对工件3进行磨料水射流镜像切割，切割完成后利用表面粗糙度仪测量其断面粗糙度值，通过测量切缝上下宽度间接得出其断面锥度，利用电子扫描显微镜(SEM)观察其断面形貌。
[0028]加工结束后，切断所有电源，清理加工现场，分拆各个装置，对各部分进行清洁、干燥等处理，并定期进行相应的维护和保养，以供下次加工继续使用。
[0029]以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
【主权项】
1.一种磨料水射流镜像切割实验装置，其特征在于:包括机架(2)，所述机架(2)的中部通过定位装置安装工件(3)，所述机架(2)上通过支撑杆安装有顶架(12)，所述顶架(12)上设置有横向导轨(U)，所述横向导轨(11)上安装沿其滑动的喷头升降机构(10)，所述喷头升降机构(10)上固定有支撑架(8)，所述支撑架(8)成倒“Y”字形结构，所述支撑架(8)上对称相对安装有高压水喷嘴(6)，所述支撑架(8)的两端分别安装有电动机(7)，所述高压水喷嘴(6)的头部安装有红外线传感器(4)，两个高压水喷嘴(6)的输出口同时对准工件(3)的切割位置，所述高压水喷嘴(6)的中部通过进砂管(5)连接磨料罐(9)，所述磨料罐(9)位于机架(2)的外侧。2.如权利要求1所述的磨料水射流镜像切割实验装置，其特征在于:两个高压水喷嘴(6)之间的夹角成15°-30°。3.如权利要求1所述的磨料水射流镜像切割实验装置，其特征在于:喷头升降机构(10)的结构为:包括固定板，所述固定板的背部与横向导轨(11)配合连接，所述固定板的正面设置有竖向导轨，所述竖向导轨上安装有沿其上下移动的滑块，所述滑块上固定支撑架(8)。4.如权利要求1所述的磨料水射流镜像切割实验装置，其特征在于:所述机架(2)的底部安装有可调节垫脚(I)。
【专利摘要】本实用新型涉及一种磨料水射流镜像切割实验装置，包括机架，所述机架的中部通过定位装置安装工件，所述机架上通过支撑杆安装有顶架，所述顶架上设置有横向导轨，所述横向导轨上安装沿其滑动的喷头升降机构，所述喷头升降机构上固定有支撑架，所述支撑架成倒“Y”字形结构，所述支撑架上对称相对安装有高压水喷嘴，所述支撑架的两端分别安装有电动机，所述高压水喷嘴的头部安装有红外线传感器，所述高压水喷嘴的中部通过进砂管连接磨料罐，所述磨料罐位于机架的外侧。改善了磨料水射流切割断面的表面质量，提高了切割效率。
【IPC分类】B24C5/04, B24C5/02, B24C3/04, B24C9/00
【公开号】CN205237842
【申请号】CN201521074029
【发明人】陈正雄, 武美萍, 王志敏, 张文超, 赵延超, 强争荣, 张瑜, 于海霞
【申请人】江南大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月22日