Способ резки высоконапорной струей жидкости и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК B23D31/00 

Ги

1

1

и

Urn

00 |

to

фуг. /

Изобретение относится к обработке материалов высоконапорной струей жидкости.

Целью изобретения является повы- . шение производительности при обработке материалов высоконапорной струей жидкости.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для резки высоконапорной ю струей жидкоети на фиг.2 - диаграмма режимов работы устройства для резки высоконапорной струей Ж1Кдк6сти на фиг.З - принципиальная схема, устройства, управления импульсным источ- 15 никому на фиг.4 - принципиальная схема оконечного каскада импульсного источника; на фиг.5 - диаграммы работы оконечного каскада.

Способ резки высоконапорной струей 20 жидкости заключается в том, что в воду (дистиллированную) добавляют растворы солей, щелочей типа КОН, NaOH или мелкодисперсные порошки металлов.25

На струю токопроводящей жидкости воздействуют однополярными импульсами, при этом путем электролиза образуется водородно-кислородная смесь, а также происходит переход вещества 30 из жидкого состояния в плазменное, где положительно заряженные ионы вещества приобретают энергию за счет скорости жидкости и за счет положи- тельных импульсов электрического по- ,c ля,При этом образование водородно- кислородной смеси происходит с образованием смеси, благодаря чему возрастает производительность процесса резки и сверления. Q Взрыва в данном случае не происходит, потому что водородная смесь не накапливается, а сразу сгорает. -Для осу- ; ществления способа необходимо, чтобы частота следования импульсов F была д больше или равна соотношению между скоростью истечения жидкости из сопла V и расстоянию между соплом и разрезаемым материалом 1, т.е. V

F Y

50

Устройство для осуществления способа резки высоконапорной струей жидкости содержит источник 1 жидкости высокого давления, соединенный с соплом 2, закрепленным в держателе 3, и механизм прерывания струи жидкости, выполненный в виде импульсного источника 4 питания, положительный выход которого через магнитную систему 5 соединен с держателем 3, а отрицательный - с рабочим столом 6 на котором крепится разрезаемое изделие 7.

Устройство резки высоконапорной струей жидкости работает следующим образом.

Источник 1 жидкости высокого давления обеспечивает истекание жидкости из сопла 2 со скоростью V 5 - 50 м/с .

Импульсный источник 4 питания обеспечивает подачу однополярных импульсов заданной длительности Ру и амплитуды и с частотой следования F О,1 - 100 кГц, где величинами Су.и и задается мощность в импуль- се Р« uUH,

Включается импульсный источник 4 пит.ания, а затем - устройство 1 задания завления жидкости, которое например, обеспечивает скорость истечения жидкости из сопла V 50 м/с с диаметром струи ,5 м

В момент, когда струя коснется разрезаемого материала 7 (рабочего стола), через струю жидкости проходи импульс тока длительностью {) и мощностью Р|., который переводит ее в плазменное состояние с образованием водородно-кислородной смеси.

По окончании импульса длительностью 1 образовавшееся плазменное состояние вещество как бы вбивается в разрезаемое изделие под действием струи воды со скоростью V 50 м/с, за время 1)р, т.е. происходит своего рода дробление или пилка плазмой. .Например, для случая V IF, где - Т Cy+fp при заданной скорости и длительности импульса fu .

i о --.

T, at F 1

+ с

V

происходит дробление, а с увеличением частоты F, т.е. при выполнении условия V ; IF, происходит пилка.

Следует отметить, что все параметры V, Р, F взаимосвязаны между собой. Рассмотрим подробное их влияние друг на друга.Известно, что если скорость истечения жидкости , то при температуре струи Т , струя распадается и переходит в парообразное (газовое состояние), теряя все свойства жидкости. С увеличением

скорости струи жидкости V, чтобы перевести ее в парообразное состояние, необходима температура струи Т 100 Таким образом, скорость истечения жидкости из сопла устанавливается такой, чтобы при достижении температурой струи Т 2000 - 10000 С струя не распадалась. Магнитная система при температуре струи Т . 2000 - 10000°С заставляет струю сжиматься и таким образом, также препятствует ее распаду. Следовательно, каждой скорости истечения жидкости соответствует заданная мощность импульса Гц, при этом частота следования импульVсов задается Р v г- .

Типичный режим, используемый при резке изображен на фиг.2, где на фиг.2а изображено сопло 2, установленное в держателе 3 на расстоянии 1 от разрезаемого изделия 7.

На фиг.2в показано распределение потенциала по длине 1 при приложении импульса амплитудой U и длительнос

На фиг.2с показано р-аспределение температуры в струе жидкости по длине 1 ..

Таким образом, при приложении им-- пульса струя не вся распадается, а только на прикатодном участке dц (фиг.2), который имеет температуру Т , Т п - Та - допустимая температу- ра в струе жидкости, на длине 1 которой практически задается частота

V V следования импульсов -,- .

Обычно Тд 1000°С. Чем меньше пр

катодный участок d ,который определяется мощностью импульса Р, тем уж ширина реза.

Принципиальная схема импульсного источника состоит из устройства упраления (фиг.З) и оконечного каскада (фиг.4).

Устройство управления (фиг.З) состоит из генератора прямоугольных импульсов, построенного на транзисторах V 1 принцип генерации которого основан на заряде, разряде кон- денсатора С, где заряд конденсатора С происходит через .сопротивление коллектор-эмиттер транзисторов У и .Vj , а разряд - через диод D ;, и транзистор Vj, при этом частота следования импульсов F задается изменением

5

5

0

5

0

0

5

величины сопротивления R от О,1 до 100 кГц. Сигнал с частотой F поступает на вход (с) счетчика (ст), при этом выходные сигналы счетчика () на входы () дешифратора (ДС), N - выходы которого поступают на входы N-блокинг-генераторов (БГ.) при этом сигналы с их выходов Ui. 1 UN.о поступают на управляющие электроды Т,- Т1 регулирующих тиристоров.

Счетчик (СТ) и дешифратор (ДС) включается при включении переключателя В,, т.е. когда на вход V приходит сигнал 1.

Оконечный каскад (фиг.4) построен на регулирующих тиристорах , и работает следзпощим образом.

При включении переключателя В, на вход С счетчика (СТ) поступает первый управляющий сигнал, который включает блокинг-генератор БГ, при этом сигнал и, поступает на управляющий вход тиристора Т , а сигнал и на управляющий вход тиристора Т, при этом конденсатор С, заряжается, а через разрядный промежуток 1 и магнитную систему 5 проходит импульс тока, мощность которого зависит от величины емкости и напряжения источника питания и„.

Включение регулирующих тиристоров происходит согласно диаграмме, изображенной на фиг.5. Следует отметить, что числом N регулирующих тиристоров определяется максимальная часто- та следования импульсов Г„„(, Например, если при N 4 , 10 кГц, то при таком построении схемы при N 22 Р„„, 100 кГц.

Таким образом, благодаря особенности выполнения производительность процесса повышается за счет повышения скорости резания (сверления) благодаря переводу истекающего из сопла вещества в плазменное состояние с . образованием гремучей смеси, при этом срок службы сопла -увеличивается благодаря уменьшению истекающего вещества.

Формула изобрет-ения

1. Способ резки высоконапорной струей жидкости, включающий истечение струи рабочей жидкости из сопла, расположенного на заданном расстоянии от разрезаемого материала, прерывание струи жидкости и воздействие пульсирукщей струей жидкости на разрезаемый материал, отличающий- с я теМ) что, с целью повьшения про- изводительности, в рабочую жвдкость вводят вещества, проводящие в водном растворе электрический ток, при этом прерывание струи жидкости осуществляют путем воздействия на нее однополярными импульсами электрического тока, частоту F следования которых определяют из соотношения

F,.|-.

где V - скорость истечения жидкости из сопла}.

1 - расстояние меящу соплом и

разрезаемым материалом. 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что в качестве добавок в рабочую жидкость используют водорастворимые электропроводящие химические соединения.

3.Способ по П.1, отличающийся, тем, что в качестве добаво в рабочую зкидкость используют мелкодисперсные порошки металлов.

4.Устройство для резки высоконапорной струей жидкости, содержащее источник жвдкости высокого давления, соединённый с соплом, закрепленным в держателе, рабочий стол и механизм прерывания струи жидкости, отличающееся тем, что последний вьшолнен в виде магнитной системы, расположенной концентрично оси сопла и импульсного источника питания, полржительньй выход которого соединен через магнитную систему с держателем сопла, а отрицательный выход соединен с рабочим столом.

Изобретение относится к обработке материалов высоконапориой струей жидкости, к способу резки и устройству для его осуществления. Изобретение позволяет повысить производительность процесса резки материалов струей воды под высоким давлением. В воду добавляют растворы солей щелочей или мелкодисперсные порошки металлов для образования струи из токопрово- дящей жидкости. Затем на нее воздействуют одиополярнь ш импульсами от импульсного источника 4. При прохождении электрического тока через струю жидкости за счет электролиза образуется водородно-кислородная смесь, а также происходит переход вещества из жидкого в плазменное состояние. Скорость V истечения жидкости из сопла 2 прямо пропорциональна частоте следования однополярных импульсов F и расстоянию 1 между соплом и рабочим столом 7, т.е. F V/1 2 с.п. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л

,5

I м

iv Ч

Редактор Н.Швьщкая

Составитель Ю.Филимонов

Техред И.Попович Корректор О.Кравцова

tftt

Фае.л

r

1cCI

fa

Д-«-nnrvv---

«I

Фцг.5