专利名称：一种微磨料水射流精加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微磨料水射流加工装备，具体属于一种可通过调节系统压力，改变喷嘴结构、磨料种类及大小来适用于难加工材料、热敏性材料及复合材料的切割、钻孔、 磨削、抛光的多功能加工装置，属于精加工装置的改造技术。
背景技术：
磨料水射流技术是近十年来发展较快的非传统加工方法，磨料水射流加工可与激光加工相媲美，同时又是激光加工的补充。很多营运商利用磨料水射流来切割激光较难切割或不可能切割的材料。磨料水射流较激光有如下优点1)切割材料的厚度优于激光系统； 2)能切割如铜材等对光有高反射的材料；3)诸如石头和玻璃等脆性材料；4)需要好的边缘质量的零件；5)不能有热敏性零件。与激光切割的研究相比，磨料水射流发展还非常有限，仅只有一种磨料射流产生的方法用于精密加工，这种方法涉及到高速水射流卷吸磨料粒子和空气进入射流系统，这种方法效率较低，仅有3%的水射流能量传递到磨料粒子。吸入磨料粒子的同时吸入空气， 当射流直径在500 μ m以下时，效率变得非常低，射流直径在300 μ m以下时，射流几乎停止操作，当需要100 μ m以下射流直径时，现有的磨料粒子产生方式不能满足加工。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种既能适合精密加工，又能适合普通的切割和钻孔，且加工效率高和可靠性好的微磨料水射流精加工装置。本发明用悬浮的方法来产生较细直径的射流，可适合于工业在任何射流直径下均可加工的磨料水射流产生方式。本发明的技术方案是本发明的微磨料水射流精加工装置，包括有增压组件、供料组件、切割头组件，供料组件安装在机架上，并通过高压软管与增压组件连接，切割头组件安装在加工中心上，且切割头组件通过高压软管与供料组件连接，切割头组件与工件的位置相对应，工件安装于加工中心的工作台上。上述加工中心上设有垂直进给结构，工作台上设有水平位移结构。上述增压组件包括驱动空气调压阀、驱动空气安全阀、驱动空气压力表、驱动空气截止阀、驱动增压泵、高压水安全阀、蓄能器、第二压力表，其中驱动增压泵通过管道与驱动空气入口及入水口连接，驱动空气入口与空气驱动增压泵连接的管道上装设有驱动空气调压阀、驱动空气安全阀、驱动空气压力表、驱动空气截止阀，驱动增压泵的出口通过高压水安全阀、蓄能器、第二压力表、减压阀、并依次经过主高压水路的第二节流阀、第二单向阀与切割头组件连接，驱动增压泵的出口通过高压水安全阀、蓄能器、第二压力表、减压阀、并依次经过次高压水路的第一节流阀、第一单向阀与供料组件连接。上述驱动空气调压阀与驱动空气入口连接的管道上还装设有驱动空气过滤器。上述驱动增压泵与入水口连接的管道上还设有入水管路过滤器。
上述驱动增压泵的出水管路压力为0_35MPa。上述供料组件包括两只磨料罐、第二截止阀，其中两只磨料罐分别通过两个加料口与能加入不同种类及粒度的磨料浆体供料系统连接，且两只磨料罐分别通过两个第二截止阀与增压组件中的第一单向阀连接，两只磨料罐的出料口分别通过两个第三截止阀与切割头组件连接。上述切割头组件包括喷嘴，喷嘴通过第三压力表、第四截止阀、第三截止阀与两只磨料罐连接，且喷嘴通过第三压力表、第四截止阀与主高压水路的第二单向阀连接。上述驱动增压泵加压后的水路安装有多向流量控制器。上述驱动增压泵为气驱动柱塞增压泵；磨料罐采用铸钢内衬玻璃钢；与喷嘴连接管件采用能缠绕的外覆橡胶的软不锈钢。本发明针对现有微磨料水射流加工装置的磨料吸入状态不能满足微细加工要求的射流直径，从而提出一种微磨料浆体射流加工系统可以产生IOOum以下的射流直径而不影响切割效率的微磨料水射流精加工装置。通过本发明可以解决工业需求精密加工，同时还可以满足一般的切割，代替或补充激光精密加工不能加工的热敏性，高反射及复合材料和难加工的脆性材料。本发明既能适合精密加工，又能适合普通的切割和钻孔，且加工效率高和可靠性好。本发明用悬浮的方法来产生较细直径的射流，可适合于工业在任何射流直径下均可加工的磨料水射流产生方式。是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的微磨料水射流精加工装置。
图1为本发明的原理图。
具体实施例方式实施例
本发明的原理图如图1所示，本发明的微磨料水射流精加工装置，包括有增压组件9、 供料组件18、19、20等、切割头组件25，供料组件18、19、20等安装在机架24上，并通过高压软管与增压组件9连接，切割头组件25安装在加工中心23上，且切割头组件25通过高压软管与供料组件18、19、20等连接，切割头组件25与工件26的位置相对应，工件26安装于加工中心23的工作台27上。另外，上述加工中心23上设有垂直进给结构，工作台27上设有水平位移结构。通过加工中心的垂直进给和工作台的水平位移以实现射流加工工艺参数的调节。本实施例中，上述增压组件9包括驱动空气调压阀3、驱动空气安全阀5、驱动空气压力表4、驱动空气截止阀6、驱动增压泵9、高压水安全阀10、蓄能器12、第二压力表13，其中驱动增压泵9通过管道与驱动空气入口 1及入水口 7连接，驱动空气入口 1与空气驱动增压泵9连接的管道上装设有驱动空气调压阀3、驱动空气安全阀5、驱动空气压力表4、驱动空气截止阀6，驱动增压泵9的出口通过高压水安全阀10、蓄能器12、第二压力表13、减压阀11、并依次经过主高压水路的第二节流阀14-2、第二单向阀15-2与切割头组件25连接，驱动增压泵9的出口通过高压水安全阀10、蓄能器12、第二压力表13、减压阀11、并依次经过次高压水路的第一节流阀14-1、第一单向阀15-1与供料组件18、19、20等连接。压力为1. 4MPa的压缩空气经过驱动空气管路进入驱动增压泵9，通过调节驱动空气调压阀3 及减压阀11，实现出水管路压力从0-35MPa范围内调节，蓄能器12可抑制出水管路的压力波动，通过第二压力表13可监测出水管路的压力值和波动值。此外，上述驱动空气调压阀3与驱动空气入口 1连接的管道上还装设有驱动空气过滤器2。另外，上述驱动增压泵9与入水口 7连接的管道上还装设有入水管路过滤器8。 本实施例中，上述驱动增压泵9的出水管路压力为0-35MPa。本实施例中，上述供料组件18、19、20等包括两只磨料罐18_1、18_2、第二截止阀 16-1、16-2，其中两只磨料罐18-1、18-2分别通过两个加料口 17_3、17_4与能加入不同种类及粒度的磨料浆体供料系统连接，且两只磨料罐18-1、18-2分别通过两个第二截止阀
16-1,16-2与增压组件9中的第一单向阀15-1连接，两只磨料罐18_1、18_2的出料口分别通过两个第三截止阀16-3、16-4与切割头组件25连接。磨料浆体通过加料口 17_3、17_4 加入两只磨料罐18-1、18-2内，两只磨料罐18-1、18-2也可分别加入不同种类及粒度的磨料，通过两个第二截止阀16-1、16-2实现两罐的轮流使用。部分高压水依次经过主高压水路的第二节流阀14-2、第二单向阀15-2实现与切割头的连接。部分高压水依次经过从高压水路的第一节流阀14-1、第一单向阀15-1、第二截止阀16-1、16-2进入磨料罐，置换磨料罐18-1、18-2内的磨料浆体后经第三截止阀16-3、16-4与主高压水路混合。第一单向阀
15-1可防止含有磨料的混合液回流磨损节流阀，通过调节两只主、从高压水路的节流阀可调节射流中磨料的质量百分含量。此外，两只磨料罐18-1、18-2上面还分别对应设有加料口 17-1、17-2，两只磨料罐18-1、18-2可以单独使用也可以同时使用，加料时从下面加料口
17-3、17-4加料，上面相对应的加料口17-1、17-2打开，加满时，会有浆体从上面加料口冒出，此时加料工作完成。本实施例中，上述切割头组件25包括喷嘴，喷嘴通过第三压力表24、第四截止阀
16-5、第三截止阀16-3、16-4与两只磨料罐18_1、18_2连接，且喷嘴通过第三压力表24、第四截止阀16-5与主高压水路的第二单向阀15-2连接。上述驱动增压泵9为气驱动柱塞增压泵；磨料罐采用铸钢内衬玻璃钢；与喷嘴连接管件采用能缠绕的外覆橡胶的软不锈钢。另外，上述驱动增压泵9加压后的水路安装有多向流量控制器，该多向流量控制器有如下功能1)当流量控制器磨料方向的阀关闭时，来自泵的水都直接流向切割喷嘴， 同时允许一部分水流向磨料储存罐，从储存罐顶部到流量控制器置换出磨料罐中的水。这是当磨料停止供给时，清洗系统的磨料管路及切割头。2)当磨料方向的流量控制器打开时， 一部分水从磨料罐顶部进入磨料罐，稀释磨料，进入的水量看磨料加工浓度而定。3)为了释放系统压力，系统中的水可从磨料罐顶部流出从流量控制阀的释放口释放。本发明由于每小时要消耗几升的水，故水的供给设置一个储水罐，周期地向储水罐供水避免泵进口抽空损坏泵组件。同时在水入口设置一个过滤孔径为0. 5 μ m的过滤器， 过滤供水中的杂质，保护泵单元不受损坏。本发明驱动增压泵9的责任是在700bar左右的压力下，150 μ m的孔喷嘴可以喷出 2升左右的水，选择气驱动柱塞增压泵可以满足有较高的泵效率。柱塞泵放置于紧凑的气缸内，压缩空气由可编程控制(PLC)的电磁阀提供，PLC控制双柱塞泵减少压力波动。PLC也能控制流体单元的气动阀。一台1.2KW的单相压缩机足够供应磨料水射流系统的泵和阀门用气要求。
本发明为适用不同材质和不同的目的的加工，系统包容密度范围，粒径范围，硬度范围宽的磨料，常用的有金刚石，氧化铝，氧化铈磨料。由于微细加工使用的喷嘴是非常小的，因此在使用过程中磨料不遭受大颗粒杂质的污染时必须的，这可以把磨料装在一个容器中。本发明磨料贮存容器顶部采用一个精密的圆盘喂料机，使磨料能连续地供应到容器中，确保磨料贮存罐的磨料浓度稳定。本发明切割喷嘴 由工业金刚石或高耐磨的碳化硅材料，在切割研发试验中，喷嘴的寿命不是问题，但对建立喷嘴最好的材料和孔形状研究是必需的。本发明微磨料水射流可以在每秒钟加工几个特征，例如对金属薄片的钻孔理论上可以钻几十个孔。如果在水射流加工完一个孔后就停止，而在加工一个新的孔后又开启， 且在切割头前没有装阀门，那能量的利用率是非常低，在一个加工循环中99%的时间是经历了升压、降压的过程，因此本发明在切割头前增加了磨料开关阀，这个开关阀具有如下特点1)能在1秒钟内开启闭合多次，开启、闭合灵敏性好。2)能保证在1000万次的开启、闭合保持良好的性能。3)阀在高度侵蚀的条件下为改善阀的寿命，需要建立阀的移动元件相对阀座的移动角度恰好能保证磨料粒子不接触到表面。本发明实施例中，将粒度为28 μ m的白刚玉磨料浆体加入磨料罐，把8X4X6 (长X宽X厚)mm的玻璃装夹在加工中心的工作台上，通过调节驱动空气调压阀将射流压力调节至5MPa，通过调节两节流阀将射流中磨料质量百分含量调节至4%，通过调节加工中心主轴将喷射耙距调节至1. 5mm。采用直径为0. 25mm的喷嘴，对玻璃进行垂直喷射钻孔加工，喷射时间为20S，可实现对玻璃的钻孔加工，钻孔直径为1. 10mm，钻孔深度为1. 31mm，切孔型质量好。本发明采用双节流阀、双磨料罐、双压力表，喷嘴直径可在彡0. 25mm范围内选择， 工作压力可在< 35Mpa内连续调节，可实现对脆性材料高效连续加工，提高了脆性材料的加工质量和效率。
权利要求
1.一种微磨料水射流精加工装置，其特征在于包括有增压组件(9)、供料组件(18、19、 20)、切割头组件(25)，供料组件(18、19、20)安装在机架上，并通过高压软管与增压组件 (9)连接，切割头组件(25)安装在加工中心(23)上，且切割头组件(25)通过高压软管与供料组件(18、19、20)连接，切割头组件(25)与工件(26)的位置相对应，工件(26)安装于加工中心(23)的工作台(27)上。
2.根据权利要求1所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述加工中心(23)上设有垂直进给结构，工作台(27 )上设有水平位移结构。
3.根据权利要求1所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述增压组件(9)包括驱动空气调压阀(3)、驱动空气安全阀(5)、驱动空气压力表(4)、驱动空气截止阀(6)、驱动增压泵(9)、高压水安全阀(10)、蓄能器(12)、第二压力表(13)，其中驱动增压泵(9)通过管道与驱动空气入口( 1)及入水口( 7)连接，驱动空气入口( 1)与空气驱动增压泵(9)连接的管道上装设有驱动空气调压阀(3)、驱动空气安全阀(5)、驱动空气压力表(4)、驱动空气截止阀(6)，驱动增压泵(9)的出口通过高压水安全阀(10)、蓄能器(12)、第二压力表(13)、 减压阀(11)、并依次经过主高压水路的第二节流阀(14-2)、第二单向阀(15-2)与切割头组件(25)连接，驱动增压泵(9)的出口通过高压水安全阀(10)、蓄能器(12)、第二压力表 (13)、减压阀(11)、并依次经过次高压水路的第一节流阀(14-1)、第一单向阀(15-1)与供料组件(18、19、20等)连接。
4.根据权利要求3所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述驱动空气调压阀 (3)与驱动空气入口(1)连接的管道上还装设有驱动空气过滤器(2)。
5.根据权利要求3所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述驱动增压泵(9) 与入水口(7)连接的管道上还装设有入水管路过滤器(8)。
6.根据权利要求1所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述驱动增压泵(9) 的出水管路压力为0-35MPa。
7.根据权利要求1至6任一项所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述供料组件(18、19、20)包括两只磨料罐(18-1、18-2)、第二截止阀(16-1、16-2)，其中两只磨料罐 (18-1,18-2)分别通过两个加料口(17-3、17-4)与能加入不同种类及粒度的磨料浆体供料系统连接，且两只磨料罐(18-1、18-2)分别通过两个第二截止阀(16-1、16-2)与增压组件 (9)中的第一单向阀(15-1)连接，两只磨料罐(18-1、18-2)的出料口分别通过两个第三截止阀(16-3、16-4)与切割头组件(25)连接。
8.根据权利要求7所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述切割头组件(25) 包括喷嘴，喷嘴通过第三压力表(24)、第四截止阀(16-5)、第三截止阀(16-3、16-4)与两只磨料罐(18-1、18-2)连接，且喷嘴通过第三压力表(24)、第四截止阀(16-5)与主高压水路的第二单向阀(15-2)连接。
9.根据权利要求8所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述驱动增压泵(9) 加压后的水路安装有多向流量控制器。
10.根据权利要求9所述的微磨料水射流精加工装置，其特征在于上述驱动增压泵(9) 为气驱动柱塞增压泵；磨料罐采用铸钢内衬玻璃钢；与喷嘴连接管件采用能缠绕的外覆橡胶的软不锈钢。
全文摘要
本发明是一种微磨料水射流精加工装置。包括有增压组件(9)、供料组件(18、19、20)、切割头组件(25)，供料组件(18、19、20)安装在机架上，并通过高压软管与增压组件(9)连接，切割头组件(25)安装在加工中心(23)上，且切割头组件(25)通过高压软管与供料组件(18、19、20等)连接，切割头组件(25)与工件(26)的位置相对应，工件(26)安装于加工中心(23)的工作台(27)上。本发明既能适合精密加工，又能适合普通的切割和钻孔，且加工效率高和可靠性好。本发明用悬浮的方法来产生较细直径的射流，可适合于工业在任何射流直径下均可加工的磨料水射流产生方式。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的微磨料水射流精加工装置。
文档编号B24C5/04GK102218707SQ20111015399
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者宋月贤, 杨佩旋, 王成勇, 罗卓, 罗武生 申请人:广东工业大学