Способ резки материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 26 РЗО ЗОБРЕТЕН ОПИСАНИЕ ИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Саратовский институт механизсельского хозяйства им. М. И. Калини(54) СПОСОБ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ(57) Использование: раскрой мягких,ких, волокнистых и т.п. материаловрезки абразива-жидкостной струей.ность изобретения: от гидромультиплира и ресивера высокого давления жидподается в трубопровод высокого дав ацина О,уп ем катокостения технологии стной резки ния и может мягких, во(резина, соы, металлы, чных отрасого хозяйстЦелью изобретения является повышение качества и производительности резки материалов жидкостной струей или абрази во-жидкостной струей высокого давления (до 1001500 МПа). фиг. 1 представлена принципиальная еализации заявляемого способа резки лов; на фиг, 2 - фрагмент системы. пористый цилиндроидный (бикубичембинированный и др.) насадок-слой а внутренней поверхности(стенке) наабразивно-жидкостная струя. Н схема матер ФМЖ ский, ФМЖ садка ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) Изобретение относится к жидкостной и абразива-жидко материалов широкого назначебыть использовано для раскроя локнистых и прочих материалов лома пластмасса, композит стекло, керамика и др.) в разли лях промышленности и сельск ва, и.БЫао 1819760 А 1 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. 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 (0,100,15 мм и более) диаметра сопла 3 в общем случае в цилиндрический (возможны комбинации конусов и цилиндра, конфузора, диффузора, в виде сопла Лаваля и др,) пористый насадок 4, выполненный практически из любого в том числе из ферромагнитного 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)насадка тонкийзащитный слой 8 ФМЖ, выдавливаемой через поры 5 из объема ФМЖ- камеры 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, дистанционноеили 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 Еа (фиг. 2), так и за счет действия магнитной силы Ем(точнее силы магнитного поля). После создания слоя 0 в струю жидкости добавляют абразив, и абразиво-жидкостная струя 16 направляется к месту резки материала 17, подаваемого к струе 16 со скоростьюрезания 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 Етр), способствующее вытеснению (выталкиванию) этого слоя из насадка с силой Естр 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 Ес 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) й или 8, либо попеременно М-Я-М-З-И постоянные магниты 20, вектор силы действия которых Е 1 направлен перпендикулярно (или под определенным углом) вектору силы Ес, 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) работынасадка и, следовательно, повысить качество реза, эффективность резки и производительность гидрорезного оборудования (в случае использования воды в качестве жид 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 за висимости от рабочего давления жидкости2, размеров абразивных частиц, вида разрезаемого материала 17 (его физико-механических свойств), вида ФМЖ, конструкции соленоида 19 (постоянного или переменно го тока) и т.д. В общем случае, кроме тоговозможно использование стабилизирующего насадка, совмещающего в себе функции сопла 3 и насадка 4;П р и м е р, Гидромультипликатор двой ного действия, например, типа ПАГРУС смощностью 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 75мм 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 ал маза и др,), Одновременно с подачей воды ксоплу приоткрывает 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 равномернораспределены (без коагуляции) частицы магнетита Ее 204 (размеры частиц 20;40 нм). В принципе могут быть использованы и другие виды ФМЖ на основе воды, масел, кремний органических жидкостей и др, Размеры фер, ромагнитных частиц могут, быть саженьмалыми, например до 100.50 А (1 А см).Насадок 4 изготовлен пористым из ферромагнитного или магнитного сплава типа За-Со 55 (самарий-кобальт). При этом размер сквозных каналов или пор 5 (должен быть в поперечном сечении в 23 раза и более больше определяющего размера ферромагнитных частиц в ОМЖ с тем, чтобы она (ФМЖ) достаточно свободно проходила через стенкунасадка 4 (особенно в его нижней части), Кроме того. в силу притяжения и смачиваемости (адгезии) внутри насадка по всей его внутренней поверхности образуется тонкий (0,020,2 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 РстрРпъ Ра Рр - сила от давления жидкости Ж через диафрагму 21 на ФМЖ в камере 9 впоток жидкости добавляют определенное.(520 и более) количество абразива иземкости 7, достаточного для резки, например, стеклотекстолита марки КАСТсо 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.чожно использовать также водорастворимые полимеры типа ПАД (полиакриламид), ПОЗ (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 Рс, 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 режущейжидкостной (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) с использованием предложенного технического решения возрастает при абраэивоструйной . резке с 48 (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 ПАГ РУС), можно дать оценку ориентировочного экономического эффекта от внедрения предлагаемого способа резки различных материалов: эффект в среднем составит 2 СО 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 различ 15 ных марок; эластомагниты, обычный чугунили 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 40180 мкм 25 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 абра 30 зивного порошка и,его смешивание с высокоскоростной струей жидкости, о т л ича ю щи йс я тем, что, с целью повышенияЗБ качества и производительности, прием снижения потерь на трение осуществляют путем подачи ферромагнитной жидкости через стенки насадка в радиальном направ 45 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 направ 50 лении, противоположном ее движению. 3. Способ поп,1,отл ича ю щийся тем, что силы магнитного поля направляютперпендикулярно оси струи жидкости.4, Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи й с я 55 тем, что силы магнитного поля направляют одновременно параллельно и перпендикулярно оси жидкости. 20 зико-механические показатели (карбидбора, карбид кремния, электрокорунд, гранат, кварцевый песок, техническое стекло и1819760 Составитель Г.ЛегошинТехред М.Моргентал дактор Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССаушская наб., 4 И оиэводственно-издательский комбин л.Гагарина, 101 ат аэ 2000. ВНИИПИ Тиражрственного комитета по и 113035, Москва, Жрректор Т. Вашкович