Способ резки материалов

 

Использование: раскрой мягких, хрупких , волокнистых и т.п. материалов путем резки абразиво-жидкостной струей. Сущность изобретения: от гидромультипликатора и ресивера высокого давления жидкость подается в трубопровод высокого давления и проходит через отверстие малого диаметра сопла и насадок. Через сквозные поры насадка поступает ферромагнитная жидкость в радиальном направлении коси струи и удерживается на его стенках в виде защитного слоя посредством воздействия силами магнитного поля. Через боковое отверстие насадка в струю жидкости подается абразивный материал. При этом силы магнитного поля могут быть направлены параллельно оси струи жидкости в направлении, противоположном ее движению, либо перпендикулярно оси струи жидкости, либо одновременно во взаимопересекающихся направлениях. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 26 F 3/00

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4923794/27 (22) 01.04.91 (46) 07.06.93. Бюл. 4 21 (71) Саратовский институт механизации сельского хозяйства им. М. И. Калинина (72) Г. M. Легошин (56) Патент ГДР М 245393, кл. В 26 F 3/00, 1987. (54) СПОСОБ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: раскрой мягких, хрупких, волокнистых и т.п. материалов путем . резки абразива-жидкостной струей. Сущность изобретения: от гидромультипликатора и ресивера высокого давления жидкость подается в трубопровод высокого давления

Изобретение относится к технологии жидкостной и абразива-жидкостной резки материалов широкого назначения и может быть использовано для раскроя мягких, волокнистых и прочих материалов {резина, солома пластмасса, композиты, металлы, стекло, керамика и др.) в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, Целью изобретения является повышение качества и производительности резки материалов жидкостной струей или абразиво-жидкостной струей высокого давления (до 100...1500 Mfla).

На фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации заявляемого способа резки материалов; на фиг. 2 — фрагмент системы.

ФМЖ вЂ” пористый цилиндроидный (бикубический, комбинированный и др.) насадок-слой

ФМЖ на внутренней поверхности(стенке) насадка — абрази вно-жидкостная струя. Ы,, 1819760 А1 и проходит через отверстие малого диаметра сопла и насадок. Через сквозные поры насадка поступает ферромагнитная жидкость в радиальном направлении к оси струи и удерживается на его стенках в виде защитного слоя посредством воздействия силами магнитного поля. Через боковое отверстие насадка в струю жидкости подается абразивный материал. При этом силы магнитного поля могут быть направлены параллельно оси струи жидкости в направлении, противоположном ее движению, либо перпендикулярно оси струи жидкости, либо одновременно во взаимопересекающихся направлениях. 3 э. и. ф-лы, 2 ил.

Ф

Способ резки материалов осуществляется следующим образом. В трубопровод 1 высокого давления от гидромультиплекатора и ресивера высокого давления на фигурах не показаны) подается жидкость 2 и проходит через сопловае отверстие малого

{0,10...0,15 мм и более) диаметра сопла 3 в общем случае в цилиндрический (возможны QO комбинации конусов и цилиндра, конфузора, диффузора, в виде сопла Лаваля и др.) пористый насадок 4, выполненный практически из любого в том числе из ферромаг- g нитного или магнитного, материала со сквозными порами 5 (фиг. 2). Протекающая со сверхзвуковой скоростью высоконапорная струя — захватывает(эжектирует или инжектирует) в себя поступающий через боковое отверстие, в насадке абразивный материал б. размещаемый внутри емкости 7.

Между внутренней поверхностью насадка 4 и струей жидкости (или абразиво-жидкостной струей) создают по всей длине (высоте) 1819760 насадка тонкий защитный слой 8 ФМЖ, выдавливаемой через поры 5 из объема ФМЖкамеры 9. При этом объем ФМЖ отделяется диафрагмой 21 (может также использоваться сильфон или другие устройства) от жидкости, находящейся в другой части той же камеры под давлением жидкости 2, поступающей в указанную камеру по трубопроводу (или каналу) 10 высокого давления. Регулирование давления (ручное. дистанционное или автоматическое) осуществляется вентилем 11, а пробки 12, 13 и 14 служат для начального наполнения, подпитки и настройки системы (удаление воздуха, долив

ФМЖ и т.д.) В начальный момент через насадок режущей -головки пропускают только жидкостную струю (без добавки абразива), а затем с помощью вентиля 11 поднимают давление жидкости внутри камеры 9, при этом диафрагма 21 прогибается и действует на объем ФМЖ в этой же камере, но в другой части, охватывая со всех сторон насадок

4. ФМЖ по порам 5 просачивается (выдавливается) через стенку насадка и в виде тонкого слоя растекается и размещается на внутренней его поверхности 15, Слой 8

ФМЖ удерживается на поверхности 15 как за счет сил смачивания. — силы адгезии Fa (фиг. 2), так и за счет действия магнитной силы Рм(точнее силы магнитного поля). После создания слоя 0 в струю жидкости добавляют абразив, и абразиво-жидкостная струя 16 направляется к месту резки материала !7, подаваемого к струе 16 со скоростью резания Чс (скорость подачи).

Отработавшая струя удавливается емкостью 18. При течении струи 16 внутри насадка 4 между ней и слоем 8 создается жидкостное трение (с силой Ртр), способствующее вытесненйю (выталкиванию) этого слоя из насадка с силой Рстр Для предотвращения этого выталкивания устанавливают соленоид 19 (соленоиды); при протекании. например, постоянного (по направлению) тока через его витки создается магнитное поле внутри него (катушки), действующее с силой Fc на слой 8 против движения струи 16 (электрическая пружина).

Для большего прижатия слоя 8 к поверхности 15 внутри насадка 4 по всей ее образующей (высоте) служат размещаемые одноименными полюсами (вокруг насадка)

N или S, либо попеременно N-$-N-S-N... постоянные магниты 20, вектор силы действия которых F1 направлен перпендикулярно (или под определенным углом) вектору силы

Fc, т.е. во взаимно пересекающихся направлениях.

Таким образом, струя 16 (без абразива или. с ним) стабилизируется по диаметру (толщине) как бы путем обжатия, а точнее псевдообжатия в насадке с помощью слоя 8

ФМЖ(циркуляция) и магнитных сил (снижается трение струи о насадок), что позволяет

5 резко поднять длительность (ресурс) работы насадка и, следовательно, повысить качество реза, эффективность резки и производительность гидрорезного оборудования (в случае использования воды в качестве жид10 кости). Так как разрушение внутренней поверхности насадка резко снижается от действия абраэиво-жидкостной струи, то диаметр режущей струи остается стабильным длительное время, а ширина реза (в

15 разрезаемом материале 17) не меняется.

Следует еще раз отметить, .что длина (высота) насадка 4 и продольный профиль его внутренней поверхности 15 рассчитываются и уточняются экспериментально в за20 висимости от рабочего давления жидкости

2, размеров абразивных частиц, вида разрезаЬмого материала 17 (его физико-механических свойств), вида ФМЖ, конструкции соленоида 19 (постоянного или переменно25 ro тока) и т.д. В общем случае, кроме 1ого возможно использование стабилизирующего насадка, совмещающего в себе функции сопла 3 и насадка 4;

Il р и м е р, Гидромультипликатор двой30 ного действия, например, типа ПАГРУС с мощностью привода 22 кВт. подает рабочую жидкость, например, очищенную от механических частиц воду, в ресивер под давлением 400 МПа и далее по трубопроводу 1

35 высокого давления к насадку 4 (длиной 75 мм и внутренним диаметром 1,62 мм), проходя со скоростью Чстр.- 885 мlс через отверстие диаметром 0,12 мм сопла 3, изготовленного из сапфира (можно также из ал40 маза и др,). Одновременно с подачей воды к соплу приоткрывак т вентиль 11 с тем, чтобы давление от воды передавалось через диафрагму 21 ФМЖ, находящейся в объеме камеры 9. В качестве основы ФМЖ используется, 45 например, керосин, в котором равномерно распределены (без коагуляции) частицы магнетита Fe204 (размеры частиц 20..;40 нм). В принципе могут быть использованы и другие виды ФМЖ на основе воды, масел, кремний50 органических жидкостей и др. Размеры фер. ромагнитных частиц могут, быть сажень малыми, например до 100...50A (1A- 10 см).

Насадок 4 изготовлен пористым из ферромагнитного или магнитного сплава типа Sm-Co

55- (самарий-кобальт). При этом размер сквозных каналов или пор 5 (должен быть в поперечном сечении в 2...3 раза и более больше определяющего размера ферромагнитных частиц в ©МЖ с тем, чтобы она (ФМЖ) достаточно свободно проходила через стенку

1819760 насадка 4 (особенно в его нижней части), Кроме того. в силу притяжения и смачиваемости (адгезии) внутри насадка по всей его внутренней поверхности образуется тонкий (0,02...0,2 мм) слой ФМЖ, "отжимающий" поток (струю) движущейся в насадке жидкости от его стенки (перепад давления слоя 8

ФМЖ по высоте насЪдка).

После "уравнивания" всех сил (Ртр Естр

Fm Fa Fp — сила от давления жидкости Ж через диафрагму 21 на ФМЖ в камере 9 в поток жидкости добавляют определенное. (5...20 и более) количество абразива из емкости 7, достаточного для резки, например, стеклотекстолита марки КАСТ-8 со скоростью резки (подачи) ЧУ=220 мм/с.

Максимальный расход рабочей жидкости (воды) 1 л/мин (при максимальном диаметре ссплового отверстия 0,15 мм). Для дополнительного повышения эффективности резания. можно использовать также водорастворимые полимеры типа ПАД (полиакриламид), Il03 (полиоксиэтилен), полигликоли, сульфидные полимеры и др. К катушке соленоида 19 подводится, в частном случае. постоянное напряжение

0=2.;.36 В и за счет протекания тока по ее обмотке. величина которого может регули, роваться, создается сила магнитного поля

Fc, противодействующая выносу (выталкиванию) слоям 8 ФМЖ из насадка (магнитогидродинамический насос), Постоянные магниты 20 создают дополнительное притяжение этого слоя к насадку (к его внутренйей поверхности). особенно в случаях изготовления насадка не из магнитного, а .из ферромагнитного материала. Таким об. разом, создается стабилизация режущей жидкостной (абразиво-жидкостной) струи по диаметру (даже без сопла 3), что соответственно резко повышает стабильность ре.зания.

С другой стороны, длительность службы (ресурс) насадка 4 (выполняемого обычно, например, из сплава типа ВК-8) с использованием предложенного технического решения возрастает при абраэивоструйной . резке с 4...8 (ПАГРУС) до 80....100 ч и более. т.е, на порядок, в силу чего производительность оборудования возрастает соответственно в несколько раз. Учитывая дефицитность и стоимость материала насадка. трудоемкость его изготовления и производительность режущего оборудования (установки типа ПАГРУС), можно дать оценку ориентировочного экономического эффекта от внедрения предлагаемого способа резки различных материалов: эффект в среднем составит 200 руб. в смену (8 ч) с одной гидрорезной установки при резке стеклотекстолита (цветных металлов). В каждом конкретном случае экономический эффект должен подсчитываться в зависимости от вида разрезаемого материала(маслостойкая или вакуумная резина), поролон, эластичный пенопласт, бороплаетик. солома, веточный корм, фторопласт, 5

10 текстолит; гетинакс, стекло, стали различ15 ных марок; эластомагниты, обычный чугун или модифицированный редкоземельными элементами, керамическая плитка и т.д.).

Кроме того, необходимо учитывать стоимость различных видов абразива и его фит.д.). Средний размер частиц (зерен) абразива может находится, например, в диапазоне

40...180 мкм

Формула изобретения

1. Способ резки материалов, включающий объемное сжатие жидкости посредством гидромультипликатора, подачу ее в ресивер высокого давления и формирование высокоскоростной струи путем пропускания сжатой жидкости через сопло с проходным отверстием малого диаметра и насадок с осуществлением приема снижения потерь на трение, а также подачу абра30 зивного порошка и .его смешивание с высокоскоростной струей жидкости, о т л ича ю щи йс я тем, что, с целью повышения

35 качества и производительности, прием снижения потерь на трение осуществляют путем подачи ферромагнитной жидкости через стенки насадка в радиальном направ45 лении к оси струи и воздействия на нее силами магнитного поля..

2. Способпоп.1,отличающийся тем, что силы магнитного поля направляют параллельно оси струи жидкости в направ50 лении, противоположном ее движению.

3. Способ поп.1,отл ича ю щи йся тем, что силы магнитного поля направляют перпендикулярно оси струи жидкости.

4. Способ по и. 1, отличающийся

55 тем, что силы магнитного поля направляют одновременно параллельно и перпендикулярно оси жидкости.

20 зико-механические показатели (карбид бора. карбид кремния, электрокорунд, гранат, кварцевый песок, техническое стекло и

1819760

Составитель Г.Легошин

Техред M.Mopãåíòàë Корректор Т.Вашкович

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2000. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5