专利名称：磨料喷流切割的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷流切割领域，具体是涉及磨料喷流切割。磨料喷流切割是将磨料颗粒在液体介质中的悬浮液在高压下，以很高的速度喷射到工件表面，进行切割操作。这种操作广泛应用于制造有用器物时对金属板材的切割。
现有技术磨料喷流切割有了很大的发展，可广泛用于切割和机械加工的操作中，特别是对金属板材可进行快速的切割和其它有关的成形操作，且成本合算。其典型的用途一直是对难于加工的材料进行切割，这些材料包括诸如不锈钢、镍合金、增强聚合物复合材料、陶瓷、玻璃、岩石等。磨料喷流切割这种技术特别有利之处是它发生的切割作用是通过低的平均作用力但产生非常局域化的作用来实现的，结果对上述材料切割时热应力或形变甚小，结晶结构不受破坏，对复合材料且不会引起分层。
为进行磨料喷流切割，使用一种特别的喷嘴装置，通过其中直径很小的喷嘴口投射出一股集中的方向准直的高压流束，形成喷流。通常使用约200兆帕(约30,000磅/吋2)以上的压力将流体介质通过喷嘴装置的喷嘴口喷出来。
喷嘴装置一般使用耐磨材料，如碳化钨或硼化物(Boride)喷嘴口本身则用金刚石或蓝宝石制造。将磨料颗粒加入射出喷嘴口的高速水流中的方法，是将该水流引入一“混合管”中流过，并将磨料颗粒加入到位于水流离开喷嘴口和进入混合管的位置之间的区域，混合管一般长若干吋，它是个受限制的，湍流度极大的湍流区，相对静止的或运动速度慢的磨料颗粒就在此湍流区中被加速和夹带进入到高速水流中，其出喷嘴口时的速度可高达3马赫。在磨料被水流夹带的过程中，磨粒对管壁以及磨粒和磨粒之间有撞击作用，水流则受到分散和减速的作用。
喷流分散得较宽，产生的切口也就较宽，能量产生了浪费，混合管即使采用碳化钨或硼化物等耐磨材料，其磨损也很快。有些实验研究表明，有70％的磨粒在到达被切割工件的表面以前已经碎裂。
在新近的发展中，不含磨料的喷水流量用水溶性聚合物的办法得到了加稠，这有助于获得并保持集中的喷流，即减少了雾化的飞溅引起的分散程度。所得的切口就较窄。操作压力和速度可维持得相当高。
对于悬浮有磨料的喷水流，在水中溶解聚合物的增稠效应也起着促进悬浮的作用。喷水流中含有磨粒，其切割效率比仅用水或用仅加有增稠剂的水的情况要大，但却引起一系列新的问题。
存在问题因为喷流加工中所用的水压和水流速度很大，所以要维持喷流的集中性不容易。虽然采用增稠剂起了颇大的改进作用，但这种办法价格昂贵，因为用后的水连同其中溶解的聚合物均不能重复使用，这是由于在这类操作中所固有的高剪切作用使聚合物产生了降解。降解聚合物仍溶于水中，引起了废弃物处理的开支。
当磨料又加入到上述体系中用作磨料喷流切割时，所产生的问题和开支增加又更大些。
用于磨料喷流切割操作的喷嘴在结构上更为复杂，它需要辅助设备向水流添加磨料，该辅助设备一般紧靠喷嘴装置或者是其一部分。该喷嘴装置包括一个将磨料引入液体介质的混合室、一个加速水流用的聚焦管、以及一个喷嘴口，水流经过该喷嘴口集束成为一股连续的喷流，射在工作上。
混合室和其相关的硬件是比较复杂的，这是因为需要将磨粒注入到速度相当高的水流中。混合室须能将磨粒尽量地引入水流的内部，以尽量降低对混合室的内壁和喷嘴口的内壁的磨损。因为磨粒和液体这两种组分的密度差别很大，在喷嘴装置前面就进行组分预混合一般是不可能的，因为磨粒会分离出来，并以显著的速度沉降，即使液体经过了增稠也难以避免。而进一步的增稠措施对于这种体系来说，是成本上不合算的。
磨粒在水流中的均匀分散事实上难以做到，并且也不能持久，这主要是因为物质密度的差异大，进入时颗粒的速度和快速水流的速度差别又大，因而需要由水流来使磨粒加速的缘故。磨粒混入液体介质往往是不完全，也不是始终一致的，对磨粒加速的需要使得介质流的速度减慢，而混合不完全引起的不一致性和不均匀性会使水流发散，水流或其组分在离开喷嘴口时的运行轨迹不一致，这些情况都会使得工件上产生的切口位置有差异或者还会加宽，切口侧壁的位置不精确，其表面也不均匀。
混合过程使磨粒对喷嘴装置的内部产生很大的磨损速率，其结果是喷嘴装置的使用寿命，若条件良好，是以小时计，若条件不良，只有几分钟。例如，喷嘴与聚焦管的对准是相当要紧的。
颗粒夹带进入喷流，也使得喷流发散，结果其集中程度变差，导致切口变宽，切割操作既多费时又多耗能量。
当在其中添加磨粒的喷流是经过充分增稠的活，则切变降解使得重新使用介质不可能，而这笔成本是不算小的，这是因为要使通常采用的磨粒良好地悬浮，需用相当多数量的聚合物来达到充分地增稠。
水喷流的喷嘴口尺寸一般约为0.25mm(约0.010吋)，若加入磨粒，则可实用的混合管最小尺寸需为喷嘴口直径的大约三倍，即约0.75mm(约0.030吋)乃至更大些。若喷嘴口太小，由于操作时的过度磨损，其使用寿命太短。但若喷嘴口太大，则喷流和产生的切口也太宽，则单位切割所消耗的介质和磨料量也增多。
Holinger等人的“采用低压集中的磨料悬浮喷流进行精密切割”(5th American Water Jet Conference，Toronto，Canada，Au-gust29-31，1989)报导了磨料在甲基纤维素以及一种专利增稠剂“Super Warer”(Berkely Chemical CO.的商品名)的水溶液中改进的悬浮液。他们工作的基础是采用1.5-2％(重量)的增稠剂来达到足够高的粘度，从而有可能将磨粒与聚合物溶液进行预先混合，这样就无需在喷嘴处注入磨粒了。Hollonger等人的该文指出，用此方法可以有效地采用细达0.254mm(0.01吋)的喷嘴孔。
Holinger等人的这项工作以后体现在于1990年8月29日提出申请而于1993年2月9日批准授权的美国专利5,184,434中，所采用的聚合物的交联在此专利中则未予考虑。
还可参见Howells，“1974年至1989年的用Super Water进行聚合物喷砂处理述评”(International J.Water Jet Technol.，Vol.1，No.1，March，1990，16pp.)。Howells在该文中详述了为什么加有聚合物的喷流液体介质，无论有否磨料，不能够循环再用的道理，可参见其第8-9页。
在许多情况下，现有技术上采用的水或以水为基的介质对于某些材料或特定的工件不可使用，因为不容许有水的存在或水所引起的腐蚀。对这些情况，喷流切割是不曾使用的。
在现有技术所用的用聚合物增稠的液体体系中，由于该体系在使用中很高剪切速率引起了聚合物链的降解，迄今为止这个现象就排除了回收和再用喷流介质的有效方法，结果需要进行大量废弃物的处理，也因聚合物和磨料的消耗引起相当大的费用增加。
发明目的与概述本发明的一个目的是提供一种能克服现有技术遇到的上述问题的喷流切割和加工用的介质。
具体言之，本发明的一个目的是提供用聚合物增稠的喷流预混合介质，该介质能有效地悬浮磨粒，能形成集中而稳定的喷流，其切割效率高并且形成狭窄的切口，而且该介质可以回收，因而减少了废弃物处理的需要并降低了原料成本。
本发明的又一目的是以比现有技术所需要的较低压力和较小流量来使用喷流切割。
本发明的另一目的是使得有可能采用直径比现有技术小的喷嘴孔来进行磨粒喷流切割和磨整。
本发明的还一个目的是使得有可能采用一种简化的喷嘴进行磨料喷流切割，该种喷嘴比迄今通常磨料喷流切割和加工所需的喷嘴，在直径上小得多，在长度上也短得多。
本发明还有一个目的，是提供一种以增稠喷流介质的循环使用为基础的低成本喷流切割设备。
在本发明的一个方案中，目的是提供非水喷流介质，因而对于那些以往无法进行喷流切割操作的材料和工件，可以应用喷流切割和加工。
这一些目的以及由下面的叙述还可以想见的其它目的，其实现的方法是形成一个含聚合物的喷流介质，该聚合物具有可重新形成的牺牲性化学键，该化学键在高剪切条件下的加工和切割时会优先破坏，然后又会以适合于循环再用的形式重新建立。
在本发明的一个实施方案中，水喷流是用一种离子交联的水溶性聚合物增稠，其中的离子交联键是由周期表第III至第VIII族金属的盐形成的。
在另一种实施方案中，水喷流中含有一种水溶性聚合物的水凝胶，该聚合物最好是与一种周期表第II至第VIII族金属的促凝作用的水溶性盐交联的。这种体系中的交联是基于聚合物分子之间的分子间键即氢键的作用。
在第三种实施方案中，采用一种由分子间键交联的聚合物形成的非水介质，该聚合物本身构成喷流的主要组分。在操作过程中，聚合物悬浮着磨料颗粒。此时聚合物在操作的剪应力作用下，会因产生聚合物交联的分子间键的断开而部分地破坏。在喷流对工件加工以后，将聚合物收集起来，让其交联键重新形成，然后此介质可在操作中循环再用。
只要磨粒直径足够地小，直径小到0.1毫米(约0.004吋)的喷嘴口就可有效地采用。
附图简要说明
图1是本发明一种实施方案的截面示意图，该方案是提供了介质循环再用的。
图2是本发明一种较好形式的喷嘴截面图。
发明的详细说明本发明在根本上是基于认识到在用于喷流切割操作的含聚合物喷流的形成和使用过程中，必需有的剪应力必然是很高的。虽然可以采取若干措施来尽量减小喷嘴装置中的剪应力，但喷流作用于工件表面的撞击力仍然很高，仍会破坏聚合物的结构。由于高剪切作用是切割过程的一个内在特征，设法减少聚合物破坏的种种方法，在一定程度上，与切割过程本身的要求是不相容的，因此其效果也是有限的。
在目前一般使用的喷流介质中加入1.5-2重量％的增稠剂即聚合物材料，占操作成本一个相当显著的部分。
将聚合物溶解在水性介质所用的时间和能量在操作成本中也是个不可忽视的因素，如果不良好安排的话，这会显著地耽搁操作的进行，因为溶解这类聚合物是需要不少时间的。而且如不能始终如一地进行控制，溶液中的差异会影响切割加工操作的均匀性，使加工质量变差。
使用后，降解的聚合物溶液，其收集和处理对于操作也是很大的负担，而且生成的废弃物也不知有什么用途，处理弃去的费用一般占操作成本的显著部分。
在这种情况下可采用更为复杂，价格更高的聚合物为操作提供某些特殊的好处，但这种好处一般又因成本增加而抵消了。
在喷流切割体系中聚合物的降解是因构成聚合物的化学键的破坏，特别是那些形成聚合物主链的化学键的破坏而产生的。这种过程的结果就是降低了聚合物的分子量，因而降低了粘度，丧失了介质有效地悬浮磨粒和形成集中喷流以及限制设备受腐蚀的能力。
在本发明中，克服这些问题的办法是所采用的聚合物材料能够重建在喷流切割过程中被破坏的化学键，因而能够以充分有效的形式重新形成，以便重新循环使用。因此，虽然在切割过程中化学键在喷嘴处的高剪切作用和对工件撞击的作用之下会发生破坏，但这种效应不致破坏喷流介质的适用性。
在实际操作中，用于本发明的聚合物可以循环许多次使用。最后将会发生聚合物主链(通常为共价键)的更为严重的降解，从而限制了循环使用的次数。本发明的较佳聚合物一般在系统中循环的次数为20-100次或更多次，然后才需更新。
被破坏的化学键重新建立，从而将聚合物增稠剂以有用的形式重新形成，这需要该聚合物含有这样的键，它在切割操作的高剪切和碰撞条件下虽被破坏，但又能重新建以形成原来的聚合物结构。这就需要该聚合物中有足够多的非共价键。因为当共价键破坏时，所生成的片段非常活泼，以致被破坏的链通常是通过非常近似瞬时的链终止反应而终止的，结果原来的键无法重建。
有三种类型的化学键迄今在本发明中进行了考虑，并已证明是有用的。它们是离子键、分子间氢键、分子间BO键。
离子键时常用于许多种类聚合物的离子交联。这类聚合物常为水溶型，颇适合于本发明之用。当这类聚合物是离子交联时，它一般能生成水胀的凝胶，其粘度足以有效形成本发明操作中的高密度磨粒的稳定耐用的悬浮液。
在离子交联水凝胶中，离子键比聚合物主链的共价键要弱，在受到高剪切应力作用时优先被破坏的是离子键。这种键破坏生成的离子物种是比较稳定的，并且在这里所用的聚合物体系的背景条件下，一旦高剪切应力不存在时，它们反应的结果只能是重建被破坏的离子交联，因而重新形成高粘度的水凝胶结构。
在另一种实施方案中，是在有或没有胶凝助剂的条件下，由具有形成凝胶能力的水溶性聚合物形成的水凝胶，这里的胶凝助剂例如有周期表第III至第VIII族金属的水溶性盐类。水凝胶的生成是基于在聚合物分子之间形成分子间键即氢键。这种键双比离子键弱；在本发明的体系中，它在喷流生成的高剪切应力作用下起着使介质稀化的作用，它提供了牺牲键，从而保护聚合物的共价键即最大限度地减少共价键的断裂。这种水凝胶还起着增大静止体系的粘度的作用，无论分子间键是制备凝胶之初形成的还是使用后重建的，都是如此，为防止磨料沉降出来这一点是很需要的。
虽然在喷流切割介质的本文中曾经用过若干种水溶性聚合物，包括某些有形成凝胶能力的聚合物，它们使用时都是不用胶凝助剂的，并在其使用浓度下不会产生自发的胶凝过程。现有技术中这些聚合物的加入主要是针对提高喷流集中性的。由于并未形成显著数量的牺牲键，聚合物在一次使用中即已有很大的降解，故不能再用。故现有技术中的这种配方的喷流介质通常作为废弃物排出。
也可以有非水溶性的聚合物配方，该聚合物的交联是藉其它类型的牺牲键。对于切割与加工易受水侵蚀的金属如铁类金属，这种配方的聚合物是特别有用的。
一种藉分子间键交联的较好非水溶性聚合物是聚硼硅氧烷类。这些聚合物的交联是通过聚合物链的叔B原子与相邻分子链中的O原子共享电子对来实现的。其对于本发明有意义的特殊性能可以非常直接地，精细地控制，包括其分子量等。
基于采用聚硼硅氧烷的切割介质的配方将在下面详述，它在本发明中是特别适用的，这是由于这种介质的非水性质，其粘度可仔细控制，能适应于所进行的切割和加工要求平衡其静止粘度和高剪切条件下降低了的粘度的关系。
无论是基于氢键或BO键，分子间键都比共价键弱，因此采用那些易形成分子间键(特别是本发明的非水质喷流工艺中)的聚合物，在生成喷流的高剪切作用和对工件撞击的力的作用下，分子间键将优先破坏，吸收掉聚合物所接受能量的一部分，从而保存了构成聚合物主链的共价键。
随着时间推移，一旦高剪切应力除去，这些分子间键又很低容易地重建，恢复交联结构和体系所需的凝胶状高粘度。
在本发明中，交联键即离子键或分子间键在加工过程的高剪切和激烈碰撞的条件下首先被破坏，从而牺牲它们自己，将所加的能量吸收掉。这种交联键称为牺牲键的意义，即是它起着保护共价键以免发生降解的作用，若无这种牺牲键，降解就会发生，即使即使物链永久性地、不可逆地被坏，现有技术的材料和方法的特点即是如此。
当剪切应力除去(例如介质任其静置时)，破坏了的键将重键，形成离子键的基础仍然是完整的，因为在喷流切割过程中离子键断裂所产生的物质，正是在原来聚合物介质中以形成这种键为特征的离子物质。这种键在最初的情况下是可逆形成的，但无论如何在水质介质中最终处于平衡状态。键的重建速率主要取决于在已使用并降解的介质中聚合物链的迁移率。在处于这个情况的介质的降低了的粘度下，其迁移率是较大的，凝胶在介质收集起来几分钟内一般就会重新形成。因此，有必要为收集起来的聚合物溶液和磨粒之间提供混合，以保证磨粒在水凝胶中基本上的均匀分散，虽然也可以在离子键充分恢复之后将磨粒重新分散进入到重新生成的凝胶中。
由于施加的高剪切作用而产生的聚合物组分的稀释，其本身对于磨料喷流的形成是有利的，因为其本身在喷流中显示了降低的粘度，结果所施加的能量中有较大的部分作用在磨粒上，强化了其切割作用。聚合物的作用是产生高度集中的喷流，而且最大限度地降低设备内的磨损。
正是本发明所用介质的特定的粘度及其变化，使得设备要求相对于现有技术的磨料水喷流技术来说得以简化，这是因为可以在通常的混合设备中配料时即发生了磨粒混入水液体介质的过程，故无需分别单独地将磨粒加入到喷嘴处，加入到喷流中，也无需提供混合管，而现有技术中一般是需要如此的。
被破坏的分子间键会自发而迅速地重建，而磨粒的再分散若竟然需要进行的话，也颇简易。
当聚合物体系通过喷流切割的过程和被破坏的化学键(指分子间键)重建的过程进行循环时，在每一循环中总多少有一些共价键也被破坏。尽管在每一单个循环中这种不可逆破坏的共价键的比例不大，但其效应是累积的，故在经过相当数目的循环之后，聚合物的永久降解量是不小的。随着聚合物累积地、不可逆地降解，重新形成的聚合物的粘度逐渐下降。结果液体介质最终开始显示出其粘着性达到不适用的程度。
由于迄今所作的努力，本发明水喷流切割用的聚合物增稠剂可以成功地循环使用达100次循环，然后才需更新。而本发明的非水介质与水质介质相比，可使用的循环次数至少一样多，甚至常常更多些，可用的循环次数当然取决于具体所用的聚合物、加工条件等，但很清楚，本发明的介质与现有技术的介质相比，其显著的作用是能够循环使用，而现有技术的介质在一次通过喷嘴孔之后即不能再用。一般还需要定时间断地，乃至连续地添加少量“新鲜”的磨料和聚合物的混合料，使得在使用过程中维持物料体系的稠度和均匀性。同时也需除去相同量的料，以便设备中介质的体积保持相对恒定。
适用于本发明的可离子交联的聚合物包括任一种可与第II至第VIII族金属的金属盐、金属氧化物或金属有机胶凝剂形成离子交联凝胶的水溶性聚合物，其中较佳的是具有相当多羟基的水溶性聚合物。聚合物也还可含有一些活泼的可离子化的活性基团，如羧基、磺基、胺基等。这些离子交联的聚合物和体系与由分子间氢键形成的水凝胶很相似，不同的是离子键只是在有利于交联物种离子化的条件下才会形成。这些条件包括pH的控制、反应催化剂或助催化剂(如路易斯酸或路易斯碱等)的存在。这些离子交联聚合物的形成是公知的，在化学文献中已有叙述，这也是本领域技术人员了解的。已知有相当多种类的可水胶凝的聚合物和胶凝剂，只要不难获得，任何一种均可成功地用于本发明。
较适用的含羟基水溶性聚合物的例子有(但不限于)瓜耳胶，黄原胶，瓜耳胶和/或黄原胶的羟丙基和羟乙基衍生物，相关的含羟基或取代的胶、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、相关的水溶性纤维素衍生物，含羟基的合成聚合物如甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯，以及其它水溶性聚合物如聚丙烯酰胺等。还值得注意的有以羟基为末端的，水溶性低分子量聚合物和低聚物如聚环氧乙烷、聚氧化亚甲基等。
可用的较佳含第II至第VIII族金属的胶凝助剂有硼酸、硼酸钠、钛、铝、铬、锌、锆等的金属有机化合物。
适合成本低廉需要的一种特别适宜的物质是约2-2.5重量％瓜耳胶在水中的硼酸钠胶凝溶液。这种特别低廉的水凝胶已显示了可以经受以14MPa压力进行喷流切割，继以凝胶重新形成的12次循环而看不到聚合物凝胶有可检测的永久降解。
一种含聚硼硅氧烷聚合物(是烃属油脂补充剂或稀释剂)和增塑剂如硬脂酸等组成的组合物提供了一种较佳的非水溶性分子间键交联的聚合物，它能产生很有效的喷流粘度。聚硼硅氧烷是一类分子间键很强的物质类别，只要适当地增塑到适于生成喷流的粘度，对水敏感性的用途，它是很好的喷流介质。此外，聚硼硅氧烷组合物一般是非粘着性物质，故在切割结束后很易从工件上清除。
用于本发明的硼硅氧烷聚合物，一般其分子量约为200,000-750,000，最好约为350,000-500,000。其B∶Si原子比宜为约1∶3至1∶100，约1∶10至1∶50尤佳。
硼硅氧烷与范围很广的填充剂、软化剂、增塑剂是高度相容的。通常采用一些惰性填充剂起稀释作用以降低材料成本，也常采用适当的增塑剂和软化剂以进一步稀释聚合物并控制粘度。
在本发明中，磨料颗粒通常是仅有的惰性填充剂，虽然也可用其它填充剂，只要相应地减少磨料的量。如前所指出，磨料(连同其它填充剂，若用的话)可用的范围占配方的5-60重量％，25-40重量％更宜。
增塑剂和软化稀释剂是用来调节磨料喷流介质的粘度，适用于硅氧烷聚合物的增塑剂，种类繁多且在本技术领域中为人们熟知，并且合适粘度控制的选择对于本发明并无严密的作用。合适的材料如有(但不限于)约8-30个碳原子的脂肪酸(尤其是12-20个碳原子的)，例如棕榈酸、硬脂酸、油酸；烃类在蜡油，尤其是轻油，如拔顶油(topoil)和其它石油镏份与副产品；植物油和部分或充分氢化植物油，如菜子油、红花油、豆油等；烃基脂类，如汽车润滑脂等、多官能羧酸的单、二和三酯，如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等。液态或半固态的硅氧烷油也可采用，尽管其价格较昂，但对于介质需经受会使烃基增塑剂和稀释剂降解的高温和/或氧化条件时会带来不少好处。
如前指出，增塑剂和软化稀释剂的加入是为了控制该介质体系的粘度。在室温条件下，其用布氏粘度计测出的静止粘度的典型值约300,000厘泊是适用和方便的。人们知道，硼硅氧烷聚合物对应于所施加的剪切显示出相当大的粘度的表观增加，甚至在通过高剪切的成型流径时显示着塞状流。虽然尚无方法来直接测量本发明喷嘴处的粘度，我们发现具有静止粘度约200,000-500,000厘泊的组合物一般是适用的，而具有约300,000厘泊的粘度的则非常可靠。我们计算了有效粘度随施加压力和生成的喷流体积的变化关系，从而可认为在喷嘴处的有效粘度的数量级约为5,000-20,000泊。
当将喷流材料收集下来静置，粘度就迅速恢复到基本为原来的静止粘度，经时一般不到5分钟，时常不过1分钟。我们认为，恢复到原来的粘度表明了分子内BSi键的重建以及链断裂程度较微小。
虽然经过若干次使用循环后发生了某种程度的理解，但一般直到20多次使用循环后才较显著，直到100多次使用循环后才很明显。这种长时间后显示出的降解不难通过间断或连续地添加新鲜未用的介质并排出相同量用过的介质来弥补。这个步骤还有用新而锐利的磨粒代替已磨损磨粒以及限制切割或加工碎屑在介质中积累的作用。
在本发明中，将磨粒在喷嘴处注入并不是好办法，并且一般也是不适宜的。宜采取的办法是在一分开的预先操作中将磨粒混入胶凝的聚合物中，然后用一合适的高压泵泵送到喷嘴。
在水质的水凝胶体系中，聚合物和其胶凝剂一般占介质的1-20重量％，常占约2-5重量％，对于大多数聚合物，约2-3重量％。对于任一具体的凝胶，其确切的用量比例可按具体的磨料、其粒度和密度，其待加入的比例等优化求得。
磨料颗粒的粒度大多为小至约2微米，大至约1400-1600微米(约16目)。更常见的磨料粒度约20-200微米，宜约20-80微米。
喷流介质中可含约1-75重量％磨料，更常约5-50重量％，最好约15-30重量％。
本发明的磨料切割介质组合物在操作的方式上，与现有技术中采用的以及本领域技术人员所熟悉的喷流切割有若干不同。
本发明的聚合物，在两个明显不同的范围应对粘度是敏感的。第一，也是首要的，聚合物在低剪切条件下应能提供充分的粘度以有效地悬浮介质体系中的磨粒，这个粘度参数用静态粘度定义是非常确切的。其次，在高剪切条件下，喷流的生成能够基本上达到喷流的集中性和磨料在其中均匀地分散，这个粘度参数由动态粘度定义之。
虽然聚合物溶液是非牛顿型的，但它在静态条件的流动行为与牛顿型流体近似。而且在高剪切条件下，牛顿型流体的流动特性也占统治地位。
在一静态流体中，在重力作用下一个球形颗粒沉降一给定高度是需要一特定时间的。由流体力学t=18ηHa2[Dp-DL]g]]>式中t＝时间η＝流体粘度H＝沉降高度a＝颗粒直径Dp＝颗粒密度
DL＝流体密度g＝重力加速度我们观察到，上述公式所依据的下述假设对于本发明的目的是充分有效的层流在以磨粒的沉降为特征的很低速度下，流动特性为层流或非常近似地是层流。
牛顿型流体在颗粒沉降所涉及的近似静态条件下，聚合物溶液的流动性很充分，因而显示着基本上牛顿型的流动特性。
球形的颗粒形状虽然磨粒的形状不规则会引入某些误差，但因为这些颗粒在平均意义上其大尺寸和小尺寸的差别不大，并且只要颗粒的数目充分多，这种差别会平均掉，所以在本发明中可以忽略不计。
适用于本发明的介质，其低剪切速率下的粘度(布氏粘度)的数量级约为200,000至500,000厘泊，最好约300,000厘泊，一个比重为3的320目SiC颗粒的沉降速率相当6.8×106秒/吋(约11个星期，适合于本发明)。
在高剪切速率下，聚合物溶液的行为变成非牛顿型，其粘度依赖于剪切速率，呈幂定律关系。这个关系一直保持到一很高的剪切速率，这种粘度再一次与所加的剪切基本上无关，即基本上牛顿型流动特性再次适用。
本发明喷流介质的特殊优点之一是用于形成可产生有效切割效果的喷流的压力较低。该所需压力一般数量级约为14-80兆帕(约2000-12000磅/吋2)，而现有技术一般至少为200兆帕(30,000磅/吋2)，甚至更高。
按惯例，所用的压力是按形成喷流的喷嘴两端的压力降计算。本领域的普通技术人员知道，压力在80兆帕以下时无需那种现有技术所要求的在200兆帕压力工作的复杂价昂且需密切注意的设备。因此推行本发明无需使用压力补偿的液压泵，高压增压器，甚至储压器也可不用或者大大简化。实行本发明可以用易得且价廉的常规正位移泵如活塞泵，它在所需的压力可以用液压传动或其它方式的传动。
在本发明有效地喷嘴口直径的条件下，喷嘴处流体介质的速度约75-610米/秒(约250-2,000呎/秒)。最好约150-460米/秒(约500-1500呎/秒)，这个速度已被证明对于实施本发明是充分有效的。
在本发明中，磨料材料的选择不是紧要的，任何一种常用的磨料均可用。适用的磨料例如有氧化铝、硅石、石榴石、碳化钨、碳化硅等。由于切割介质的循环使用，就可以经济地采用更硬但价更昂贵的磨料，从而增加切割和加工操作的效率。例如，因为要限制成本过去一直使用石榴石的场合，在切割操作中现在可用碳化硅来代替。
磨料一般宜用的浓度约为5-60重量％，最好约25-40重量％。我们发现在比较好的浓度范围，有些情况下用更高浓度，切割操作非常有效；所用的磨料浓度比常规用于磨料水喷流切割的浓度高相当多。
如前所述，磨粒的主轴尺寸(直径)的范围可为2-2000微米，最好约20-200微米，对于需要高光洁度的切割，粒度约20-100微米特别有利。一般要注意的是所采用的最大粒度应与形成喷流的喷嘴口直径相一致，此时，颗粒的直径或主轴尺寸不得超过喷嘴孔直径的大约20％，最好不超过其10％。
若粒度最大，则会在喷嘴口产生“桥接”堵塞喷嘴中的流动，这当然是不希望发生的。若粒度小于喷嘴孔直径的20％，很少发生“桥接”现象；若小于其10％，“桥接”发生的可能性极小。喷嘴孔直径一般则决定于其它一些参数。
具体言之，喷嘴孔直径取决于下列参数首先也是最重要的，喷嘴孔越宽，喷流就越宽，切口也就越宽。切割的准确度一般随喷嘴孔直径呈反向变化。在切割薄的材料时，喷嘴孔越小，则切割准确度与可切割的细节越好，尚取决于其它参数；并且单位长度切割所用的切割介质也越少。
第二，喷嘴孔越宽，喷流的质量流量越大，故切割速率越大。故喷嘴孔越宽，切割速率越大，尚取决于其它因素。对于切割长度而言，得用更多的切割介质。
对于这两方面相对立的考虑进行权衡，通常会压倒那些也会影响喷嘴孔直径的其它参数。
在本发明中，约0.1-1毫米(约0.004-0.04吋)的喷嘴孔直径可以有效使用，但一般宜用约0.2-0.5毫米(约0.008-0.020吋)。
喷嘴孔的材料可用硬质合金、表面加硬材料碳化钨或碳化硅、陶瓷材料或结晶材料如兰宝石或金刚石。适用材料的选择通常取决于其价格以及选用磨料的硬度。金刚石是适用的。
喷嘴至工件表面的距离已证明是决定切割质量的一个重要因素，但不如常规的磨料水喷流切割那么重要。虽然切割质量，尤其切口的宽度和形状，在该距离为2.5厘米(1吋)以下时有显著的影响，但本发明是能够在该距离达约25-30厘米(约10-12吋)进行切割的。虽然磨料水喷流切割可对厚达12吋的材料使用，但这种方法一般需要不超过约2.5厘米(约1吋)的“自由空气”距离。
按本发明进行的喷流切割可用来切割这种方法迄今切割的任何材料。值得注意的是，很难加工的材料，包括金属和合金如不锈钢、镍合金、钛、陶瓷和玻璃，岩石材料如大理石、花岗岩等，聚合物复合材料，特别是纤维增强的聚合物叠层材料都可用本发明方法有效地进行切割，且精密度不错。
使用凝胶增稠的聚合物介质与磨料构成的悬浮液，本发明的好处之一是可以提供很细磨粒的预混悬浮液，而以前这是没有的。例如，以前未采用过细于200微米，尤其是细于100微米的磨粒。在常规的磨料流体动力喷流切割和加工中使用这样细的磨粒，会使磨料在磨料输入管线的拐角、圆环和凹塌的地方产生堵塞，并且在常规的混合室或混合管中将磨料引入喷流也有困难。由于这些困难，在磨料喷流切割和加工的实践中，这样细的粘度迄今大多是避免使用的。
在本发明中使用了预混的磨料悬浮液，就无需在喷嘴装置中使用另外的磨料输入管线和有关设备。细的磨粒改善了切割和加工的质量和精密度，并减少了磨粒对于切口附近工件表面的损坏。因此细的磨粒对于可略去附加精加工步骤的用途是特别有用的。
由于有了基本上均匀的磨料悬浮液，而且由于磨粒的运动速度与载体介质的运动速度差不多(这是使用预混磨料悬浮液的后果)，磨料在喷嘴口桥接即堵塞的可能性即大大减小。因此喷嘴口的直径可以减小。视磨粒粒度的情况，喷嘴口直径可小达约0.1毫米(约0.04吋)。这样细小的喷嘴口就可提供较小直径的喷流，结果产生的切口较小从而提高了加工精密度，也减少了介质的消耗速率。
磨料分散进入介质是通过简单混合的方法实现的，这对本发明的实施，并不很要紧。
如前指出，由于不用混合管、磨料输入机构以及磨料传输管道(一般是软管)，用于本发明系统的喷嘴装置的设计和结构得以很大地简化。结果上述附属装置的特点、苯重、复杂性、成本耗费、重量以及对于操作人员判断和技术的依赖等等都略去了，这对磨料喷流切割和加工操作是带来很大好处的。
要采用的喷嘴的具体设计有必要让其构型使得作用于喷流介质中的聚合物组分的剪切尽量最小。因此，由喷嘴较大的进口至其出口的截面积变化应按光滑连续的曲线形式作变化，以尽可能避免存在棱角或其它的不连续形状。由于流动的加速是藉介质被泵送通过的截面积的逐渐减小实现的，因此聚合物不可避免地受到高剪切应力。但可以认为，由于不出现在棱角等不连续部位的应力集中(在这些部位，应力的变化率很大，并且与截面积的变化率上的急剧变化成正比)，聚合物的链断裂和降解减至最小。
喷嘴结构的上述特点也起着在介质中产生紊流的作用。通过喷嘴的层流有利于形成集中的喷流，因此所述的喷嘴结构使得喷流的分散最小。
将产生的剪切应力降到最小对于本发明的各个方面都是有利的。特别是，避免了其大小足以在通过的介质中产生紊流的剪切应力，对于高速流动来说，这种大小的剪切应力是与通过棱角等不连续部位相连系的。这种流动的后果就是在介质中产生了足以使聚合物键破坏的剪切应力。聚合物共价键的破坏连同伴随的分子量不可逆减小都是聚合物降解的表现，应尽量避免或减至最小。
作为本发明的又一个内容，用于捕集穿过工件或在工件附近通过后的喷流的介质捕集器在设计上有了一些改进。即使在对工件切割和加工之后，有一部分喷流，如果不是全部喷流的话，仍以高速在运行，因此需要符合指定要求的介质捕集器来将回溅、液雾的产生以及对介质捕集器硬件的损坏降到最小。介质捕集器还需设计得能降低喷流碎裂引起的噪声，并将聚合物的降解和磨粒的破裂降至最小。
以前是用长的管子作为介质捕集器。这种长管子的结构与取向应使喷流沿着其表面壁碎裂，然后到达此捕集器的底部。或者，介质捕集器中有可更换的底部插件或填有一些松的钢球，其作用是促进喷流的碎裂。当用可更换的底部时，是认为结果喷流会切割底部的。针对这个问题，介质捕集器的底部的设计应便于进行费用低廉的更换。不管所用的现行介质捕集器的类型如何，其中被截留的喷流总是经受着很大的剪切应力，从而不可避免地加剧聚合物的降解。
本发明提供了一种新的介质捕集器的设计，其截面图示于图1中，该介质捕集器的总体用数字48表示。一束喷流50可以注入到介质捕集器48中，并受到缓和的减速。在介质捕集器中，喷流50不是撞击到金属表面上，而是穿透一种装在其内的介质52。这种介质最好就是与喷流50相同的那种凝胶增稠的聚合物溶液或悬浮液。这样，被介质捕集器48所捕集的喷流中的聚合物分子就在一相当长的距离上被减速，而不是撞击到金属表面上并几乎是立即减速。由于减速过程的延长，就不会产生与金属表面撞击所引起的那么大的剪切应力。虽然有多种不同的材料可用作接受介质52，但若不用与喷流相同的介质会有一些缺点。这些缺点包括当介质将重新用于喷流切割和加工时，稀释和分离带来的问题，甚至分离会不可能。
根据喷流76的能量，控制是流过切口50的喷流的量以及介质52的深度，喷流50可能透过介质52到达介质捕集器的器壁表面。解决这个问题的一个办法是建造一个体积足够大的介质捕集器48，使得不管喷流50的能量有多大，喷流50都不可能穿透介质达到介质捕集器的器壁表面54。
本发明的介质捕集器48结构简单，而且不论喷流50是否循环再用，均可使用。若喷流介质50并不循环再用，则介质52可用任何液体，包括水。
既然常规的活塞排代泵用本发明的凝胶增稠高分子可以产生有效的喷流76，并且循环介质54也可使用排代泵，则用这种泵来组装介质循环的切割和加工系统是可能的，并且事实上是很方便的。
使用设备时，将供喷流切割和加工用的介质64装入正位移泵66的缸体中。通过直接连接，或者通过一条介质使用的高压通道75，将一喷嘴装配于往复式泵66的出口，该喷嘴的喷嘴器结构最好基本上如图2所示。液压致动器70通过活塞杆72将活塞头74向下推动，迫使介质64通过喷嘴68的口流出，形成一束高速喷流76。喷流76即对工件78进行切割加工。在这之后，此时已分散的喷流进入介质捕集器48。在这个具体的实施方案中，其中的介质52即与喷流介质64相同，进入介质的喷流50的动量即逐渐耗散，其结果是喷流76与介质52混合在一起。
当介质64的大部分已经进入介质捕集器48时，其中介质52的一部分即可返回以补充排代泵66中的介质64，使切割/加工得以继续。为使介质64返回到排代泵66中，使用位于返回线82上的泵80。排代泵的活塞头74回撤，将介质64引入到活塞头74的压缩侧的空间里，可按需要在返回线中装一过滤器84供滤去因切割和加工产生的碎屑之用。这种过滤措施的主要目的是保护喷嘴68的口，防止其堵塞。若被切割的是铁类金属或其它顺磁性材料。也可对碎屑采用磁分离方法。如前所述，由活塞头74提供的力足以将介质64通过喷嘴68压出，产生具有足够能量因而能对工件78进行有效加工的喷流76。本发明这一实施方案的优点是减少了设备成本，提高了可靠性，并提高了操作人员的安全。
本发明进行喷流切割的方法已被证明至少不亚于，而且多半是优于现有技术的该种方法。本发明系统的最大优点在于它能够循环再用介质，对许多介质配方来说，可达20-100次循环。另一重要优点是所用设备简单，操作压力低。这些特征就显著地降低了成本，并减少了对于设备操作人员技能和经验的依赖性。
本发明方法产生的喷流是很集中的，结果在其它参数均相同的情况下，就切口宽度与磨料粒度的关系来说，产生的切口也就比现行技术的办法窄一些。切口较窄，就可得到较大的切割精密度和更好的细节形状，并且切口较窄本身也是个显著的优点。
对于一给定的磨粒粒度，我们还观察到，本发明方法所得切割边的表面光洁度比现有技术方法所能达到的好得多。再加上能使用比现有技术方法更为细小的磨粒粒度，就有可能产生无需在其切割边进行表面精加工的切口，这样就减少了生产中所需的操作步骤以及工时和设备的数量。
虽然用于本发明的操作压力比现有技术磨料喷流切割工艺所用的压力低不少，我们发现，相比之下，切割速率并不因此减少，而且在许多情况下甚至高于现行技术的方法实施例例1至例3将瓜耳胶与水在比室温略高的温度如35℃，混合约30分钟直到胶全部溶解，制成瓜耳胶的40重量％水溶液。对生成的这个溶液，加入0.60生理％的一种甘露糖、葡萄糖和葡糖醛酸钾乙酰酯(potassium gluconurate acetyl-ester)的高分子量碱脱乙酰的聚糖，待其溶解。再加入等体积的含35重量％硼酸和2.0重量％硼酸钠的水溶液，混合直到均匀并开始有水凝胶生成。
对此正在生成的水凝胶，加入50份粒度为45微米(325目)的SiC，充分混和直至获得磨粒的均匀分散液为止。其结果是一易碎的粉末，以后称之为前体浓缩物。
上述的前驱体组合物一般以干燥粉末的形式使用，混和不同百分数的水，视喷流切割加工时介质需通过的喷嘴口的尺寸而异，并加入适量百分数用于切割机和加工用的细磨粒。最好(但并一定必须)在此组合物中加入少量的石蜡油或烃脂，用作湿润剂，以防止若不立即使用时在介质上面生成渣壳。对于不同的喷嘴口尺寸，适用的介质的组成(体积百分数)和特性列于表I中。
表I喷嘴口尺寸体积％ 体积％ 在喷嘴口的实施例(mm) 水 油磨料静态粘度1 0.129 20-50 1-100-2072,0002 0.254 10-20 0-5 0-20368,0003 0.635 7-120-3 0-204,520,000在上述组合物中的油组分不仅能延迟或避免产生渣壳，而且有控制其胶粘性的作用。若不加油或加油太少，介质会与金属和操作人员的手产生粘着现象，因此最好还是要加入一种合适的湿润性油类。
有时，上述介质的保存期限因细菌或真菌繁殖之害而受到限制。加入微量的杀菌剂，如甲基或仲羟基苯甲酸酯(其加入量一般少于1％，常少于0.5％)，对控制这种危害是有帮助的。倒4至倒26在一行星式混合机中混和了下列的组分组分重量份数聚硼硅氧烷 35.0硬脂酸 21.5轻质土耳其红油 8.5烃基脂 35.0该种聚硼硅氧烷的分子量为125,000，硼与硅之比为1∶25。该烃基脂是一种得自Exxon公司的汽车底盘用润滑脂。
这些组分在室温条件下混合，直到生成平滑而均匀的混合剂，然后再分成若干份。将各份与表II所列的磨料混合，生成多种磨料喷流介质。其中再加入硬酯酸进行调节，使其静止粘度为300,000厘泊。忖然后用这每一种配方的介质按表II所列的条件去切割四分之一吋厚的铝板，然后对切口进行检查，结果均示于表II中。
表IIAB C DE F G HI J K L M4SiC40220 0.020 1.63000 10.058 0.037 1.550 1.855 80.005SiC25220 0.020 0.25 4000 20.030 0.020 1.500 1.000 12.506石榴石 50220 0.020 0.25 4000 10.090 0.055 1.636 2.750 12.507BC 58320 0.015 0.075 7200 20.030 0.030 1.000 2.0005.008SiC58320 0.015 0.075 7400 20.028 0.037 0.757 2.4675.009SiC58320 0.015 0.075 7200 20.036 0.031 1.161 2.0675.0010 SiC58320 0.020 0.75 7400 20.065 0.033 1.870 1.650 37.50
11SiC58320 0.020 0.75 7400 20.072 0.032 2250 1.600 37.5012SiC58320 0.020 0.75 7400 20.065 0.033 1.970 1.650 37.5013SiC58500 0.015 0.075 7100 10.037 0.035 1.057 2.3335.0014SiC58500 0.020 0.075 7100 10.035 0.030 1.167 1.5003.7515SiC58320 0.020 0.075 7100 20.038 0.033 1.152 1.6503.7516SiC58320 0.020 0.075 7000 10.040 0.035 1.143 1.7503.7517SiC58320 0.020 0.50 7200 20.068 0.035 1.943 1.750 25.0018SiC58320 0.020 1.00 7200 20.080 0.045 1.778 2.250 50.0019SiC58320 0.020 1.50 7200 20.098 0.043 2.279 2.150 75.0020SiC58320 0.020 0.075 7000 10.045 0.032 1.406 1.6003.7521SiC58320 0.020 0.075 7000 10.037 0.034 1.088 1.7003.7522SiC25320 0.012 0.50 9700 10.057 0.035 1.629 2.917 41.6723SiC25320 0.012 0.50 9700 10.064 0.044 1.455 3.667 41.6724SiC25320 0.012 0.50 9700 10.080 0.0S0 1.600 4.167 41.6725SiC25320 0.010 0.50 9700 10.040 0.020 2.000 2.000 50.0026SiC25320 0.008 0.50 9700 10.035 0.018 1.944 2.250 62.50符号说明A＝实施例号E＝喷嘴口直径(吋)I＝切口顶部尺寸(吋)B＝磨料F＝喷嘴口至工件距离(吋) J＝切口底部尺寸(吋)C＝浓度(重量％)G＝压力(磅/吋2) K＝切口顶部对底部之尺寸比D＝目数H＝进给速率(时/分) L＝切口尺寸(切口底部尺寸对喷嘴口直径之比)M＝喷嘴口至工件距离与喷嘴口直径之比如表II所示，获得了迅速、高效和高质量的切割。例27至例62再次使用了例4-26的基础配方，但混入的是表III所列的磨料；同样用硬脂酸调节其静止粘度为300,000厘泊，将所得配方的介质用来切割0.25吋铝板。切割条件见表III。
对板的切边测量了其表面粗糙度。测量结果列于表III的G列和H列。
表IIIA B C D E FGH27SiC2200.67300553.151.3528SiC2200.57300660.241.5329SiC2200.57300753.941.3730SiC2200.57300874.411.8931SiC2200.57300972.501.8332SiC2200.57300140.551.0333SiC2200.57300150.001.2734BC 3200.075 7200233.460.8535BC 3200.075 7200246.461.1836BC 3200.075 7200292.132.3437BC 3200.075 7200262.99 1.638BC 3200.075 7200243.701.1139SiC3200.075 7000232.280.8240SiC3200.075 7000226.770.6841SiC3200.075 7000227.56 0.742SiC3200.57000235.830.9143SiC3200.56000253.541.3644SiC3200.55000251.18 1.345SiC5000.625 7650249.611.2646SiC5000.625 7650126.380.6747SiC5000.625 7650152.361.3348SiC5000.625 7650252.761.3449SiC5000.625 76503113.78 2.8950SiC5000.075 7000128.740.7351SiC5000.075 7000122.830.5852SiC5000.075 7000156.691.4453SiC5000.075 7000162.601.59
54SiC5000.0757000115.350.3955SiC5000.0757000128.350.7256SiC5000.0757000114.960.3857SiC3200.0757300282.68 2.158SiC3200.07573002106.302.759SiC3200.07573002145.673.760SiC3200.0757170162.99 1.661SiC3200.0757170168.501.7462SiC3200.0757170176.381.94符号说明A＝实施例号B＝磨料C＝目数D＝喷嘴口至工件的距离 E＝压力(磅/吋2) F＝进给速率(吋/分)(吋)G＝Ra(微吋)H＝Ra(微米)本领域的普通技术人员不难看到，对于磨料喷流切割而言，表III中测出的表面光洁度的质量是异常高的。
上述的一些实施例仅供说明本发明之用，并不限制其范围。本发明是由随后的权利要求书所表征和限定的，该权利要求书以具体的形式开列出本发明的范围。
权利要求
1.一种喷流切割和加工的方法，它是将许多磨粒悬浮于一可流动的液体介质中，然后在高压下以高速喷射到工件上，其特征在于A.形成所述的介质，其中含有一种具有可重建的牺牲性化学键的聚合物，这些牺牲性键在高剪切条件下优先被破坏；B.将所述介质与在其中悬浮的磨料喷射到所述工件上进行所述的切割和加工，该过程中的剪切条件会使可重建的牺牲性化学键优先破坏；C.重建所述的化学键；D.将所述介质的磨料循环再用。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的介质是在14-18兆帕的压力作用下通过一喷嘴孔喷出形成喷流的。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述的喷流是以200-1,000呎/秒的速度喷射的。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述的磨粒的粒度，是其主轴尺寸为2-1,600微米。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述的介质是一种与第II至第VIII族金属的化合物离子交联的水溶性聚合物的水凝胶。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述的介质是一种非水溶性的增塑聚合物，它通过形成分子间键形成凝胶。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述的凝胶具有200,000-600,000厘泊的静态粘度。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述的介质是一种水凝胶，其中含有1-20体积％的含羟基水溶性聚合物，该聚合物是藉一种含第II至第VIII族金属的胶凝助剂的作用通过形成分子间氢键而胶凝的。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述的喷流是将所述增稠的水性介质施压通过一喷嘴装置而形成的，该喷嘴装置具有一个进口内表面和出口内表面，其间有一相连接的过渡区内表面；这三部分内表面都与通过所述喷嘴装置的所述增稠的水性介质相接触，而所述过渡区内表面与所述喷嘴口内表面构成一不存在不连续部位的光滑连续的形状。
10.如权利要求4所述的方法，其中加入到所述介质的所述磨粒可达50重量％。
11.如权利要求5所述的方法，其中所述的水溶性聚合物是选自瓜耳胶及其羟丙基衍生物、纤维素衍生物包括羧甲基乙基纤维素、或合成羟基官能聚合物包括聚丙烯酰胺和聚氧亚甲基。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述的介质含有1-20体积％所述水溶性聚合物。
13.如权利要求5所述的方法，其中所述的介质含有50-75重量％瓜耳胶、30-40重量％硼酸，1.0-2.5重量％硼酸钠。
14.进行喷流切割和加工的方法，其特征在于，所述喷流在加工了工件以后被收集在一捕集装置中，该捕集装置是一个容器，其内装有一种对所述喷流起减速作用的减速介质。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述的减速介质与用来生成所述喷流的介质相同。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述的减速介质与所述被减了速的介质一起作为喷流介质循环再用。
17.如权利要求1所述的方法，其中有达10重量％的湿润性油被加入到所述增稠的水性介质中。
18.如权利要求1所述的方法，其中有一种抗生物剂加入到所述增稠的水性介质中。
19.如权利要求8所述的方法，该方法提供一种可溶解的触变胶供改进流变性能之用。
20.如权利要求11所述的方法，其中加入0.25-0.60重量％的高分子量聚糖到所述胶凝剂中。
21.如权利要求12所述的方法，其中所述的聚糖是一种聚合物的碱脱乙酰衍生物乙酰酯，该聚合物选自甘露糖、葡萄糖、葡糖醛酸钾以及它们的混合物。
22.一种聚合物的磨料喷流切割介质，它是颗粒状磨料分散在一种聚合物组合物中，所述聚合物具有可重建的牺牲性化学键、该键在高剪切条件下会优先破坏，而在低应力条件下会重建，所述聚合物组合物具有的静态粘度为100,000-500,000厘泊，其在由所述介质以14-80兆帕的压力通过0.1-1mm直径的喷嘴口的流动所代表的剪切条件下的动态粘度为3,000-30,000厘泊。
23.如权利要求22所述的磨料喷流切割介质，其中所述的可重建的牺牲性化学键是形成凝胶的交联键，该交联键选自离子键和分子间键。
24.如权利要求23所述的磨料喷流切割介质，其中所述的介质包括一水溶性聚合物的水凝胶，和一种胶凝助剂。
25.如权利要求23所述的磨料喷流切割介质，其中所述的水溶性聚合物包括瓜耳胶及其羟丙基衍生物、纤维素衍生物包括羧甲基乙基纤维素、或以羟基为端基的合成聚合物包括聚丙烯酰胺和聚氧亚甲基，所述胶凝助剂包括用于促进水凝胶生成的金属氧化物或金属有机化合物，它选自硼酸、硼酸钠、含至少一种第II至第VIII族金属的有机金属化合物、以及它们的混合物。
26.如权利要求17所述的磨料喷流切割介质，其中所述的胶凝助剂是一种含有选自钛、铝、铬、锌、铬或其混合物的金属的有机金属化合物。
27.如权利要求26所述的磨料喷流切割介质，其中所述的水凝胶含有1-20体积％所述的水溶性聚合物和99-80％水。
28.如权利要求24所述的磨料喷流切割介质，其中所述的介质还含有一种水溶性触变胶。
29.如权利要求24所述的磨料喷流切割介质，其中所述的水凝胶聚合物包含50-75重量％的瓜耳胶、该瓜耳胶是与30-40重量％硼酸与1.0-2.5重量％硼砂起了反应的。
30.如权利要求24所述的磨料喷流切割介质，其中的介质还含有0.25-0.60重量％高分子量水溶性的聚糖。
31.如权利要求30所述的磨料喷流切割介质，其中的聚糖是葡糖醛酸钾的碱脱乙酰的乙酰酯。
32.如权利要求24所述的磨料喷流切割介质，其中所述介质还含有0.5-10.0重量％的一种湿润性油。
33.如权利要求23所述的磨料喷流切割介质，其中所述磨粒是氧化铝、硅石、石榴石、碳化钨、碳化硅以及它们的混合物。
34.如权利要求22所述的磨料喷流切割介质，它包括一种非水性的增塑交联的聚合物凝胶，由分子间键所交联，所述介质的静态粘度为200,000-600,000厘泊。
35.如权利要求34所述的磨料喷流切割介质，其中的所述聚合物是一种聚硼硅氧烷，它具有硼氧之间的分子间交联键。
36.如权利要求34所述的磨料喷流切割介质，其中的所述聚硼硅氧烷的分子量为200,000-750,000，硼硅原子比为10-100。
37.如权利要求22所述的磨料喷流切割介质，其中的磨粒的最大尺寸为2-1,400微米。
38.如权利要求22所述的磨料喷流切割介质，其中的磨粒的最大尺寸为10-200微米。
39.如权利要求22所述的磨料喷流切割介质，其中的磨粒的最大尺寸为20-100微米。
40.如权利要求22所述的磨料喷流切割介质，其中的所述介质具有的静态粘度为300,000厘泊。
41.一种能用交联聚合物凝胶介质生成一束喷流的喷流切割和加工设备，该设备包括一个生成所述喷流的喷嘴装置，所述喷嘴装置具有一个入口和一个出口，两所述入口和所述出口之间有一相连续的过渡区，所述过渡区的表面与通过所述喷嘴装置的所述交联聚合物凝胶介质相接触，所述过渡区的表面呈光滑连续曲面，所述出口应具有一恒定的截面积，其长度对直径之比至少为3。
42.一种其所用喷流由一种交联聚合物凝胶介质形成的喷流切割机加工设备，该设备包括有一个介质捕集器，喷流在对工件进行了切割加工之后是进入该捕集器，该介质捕集器中装有一种减速介质，对所述喷流起减速作用。
43.如权利要求41所述的喷流切割和加工设备，其中还装有含磨粒的交联聚合物凝胶介质。
44.如权利要求43所述的喷流切割和加工设备，其中还装有含一种聚合物凝胶增稠剂的所述交联聚合物凝胶介质。
45.如权利要求42所述的喷流切割和加工设备，其中所述的减速介质是所述的聚合物凝胶增稠的交联聚合物凝胶介质。
46.如权利要求42所述的喷流切割和加工设备，其中所述的减速介质是在将所述喷流减速以后，被用来形成喷流。
全文摘要
磨料喷流切割的方法，它是将磨料悬浮在可流动的液体介质(64)中，然后以高压高速(75)喷到工件(76)上。本发明的重大改进在于所用的介质中含有一种具有可重建的牺牲性化常数键的聚合物，该键在高剪切条件下优先被破坏。在切割时，喷射介质及悬浮于其中的磨料使得该可重建的牺牲性化学键破坏。该化学键又可重建，从而可将介质循环再用。这种喷流以14-80兆帕的压力对切割是有效的。
文档编号B24C1/04GK1133574SQ94193927
公开日1996年10月16日 申请日期1994年8月29日 优先权日1993年8月27日
发明者L·J·罗兹 申请人:挤压磨石有限公司