Способ резки высоконапорной струей жидкости и устройство для его осуществления

 

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 токопроводящей 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

ИЗВОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„77172

t5D 4 В 2" D 31/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4079367/25-27 (22) 20.06.86 (46) 29.02.88. Бюл. Ф 8 (72) В.Е.Плюта, А.Л.Сиваков, Г.И.Горчаков и Б.А.Кордочкин (53) 621.961{088.8) (56) Патент Великобритании Ф 1460711, кл. В 26 F 3/00, 1977. (54) СПОСОБ РЕЗКИ ВИСОКОНАПОРНОЙ

СТРУЕЙ ИМДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к обработке материалов высоконапорной 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 порощки металлов для образования струи из токопроводящей жидкости. Затем на нее воздействуют однополярнымн импульсами от импульсного источника 4. При прохо:кдении электрического тока через струю жидкости за счет электролиза образуется водородно-кислородная смесь, а также происходит переход вещества иэ жидкого в плазменное состояние. Скорость Ч истечения жидкости иэ сопла 2 прямо пропорциональна частоте .следования однонолярных импульсов F и расстоянию 1 мелщу соплом и рабочим столом 7, т.е.

F > V/1 2 с.н. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1377172

Изобретение относится к обработке материалов высоконапорной струей жидкости.

Целью изобретения является повы5 шение производительности при обработке материалов высоконапорной струей жидкости.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для резки высоконапориой струей жидкости, на фиг.2 — диаграмма режимов работы устройства для резки высоконапорной струей жидкости, на фиг.3 — принципиальная схема устройства, управления импульсным источ- 15 ником; 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, Na0H 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 положительна заряженные ионы вещества приобретают энергию за счет скорости жидкости и за счет положительных импульсов электрического по- 35 ля.При "-. òoì образование водороднокислородной смеси происходит с образованием "гремучей смеси", благодаря чему возрастает производительность процесса резки и сверления. 40

Взрыва в данном случае не происходит, потому что водородная смесь не накапливается, а сразу сгорает. Для осуществления способа необходимо, чтобы частота следования импульсов Р была 45 больше или равна соотношению между скоростью истечения жидкости иэ сопла V и расстоянию между соплом и разрезаемым материалом 1, т.е.

F y

5О

Устройство для осуществления способа резки высоконапориой 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, положителькый 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 истекакие жидкости из сопла 2 со скоростью V — 5 — 50 и/с.

Импульсный источник 4 питания обеспечивает подачу одкополярных импульсов заданной длительности Г, и амплитуды Б с частотой следования

F = О, 1 — 100 кГц, где величинами д.и 0„ задается мощность в импульсе Р> =Я„ц

Включается импульсный источник 4 питания, а затем — устройство 1 задания завления жидкости, которое например, обеспечивает скорость истечения жидкости из сопла V =

50 м/с с диаметром струи й, = 0,5мм.

В момент, когда струя коснется разрезаемого материала 7 (рабочего стола), через струю жидкости проходит импульс тока длительностью 1 и мощностью Рр, который переводит ее в плазменное состояние с образованием водородно-кислородной смеси.

По окончании импульса длительностью ".„ образовавшееся плазмекное состояние вещество как бы вбивается в разрезаемое иэделие под действием струи воды со скоростью V = 50 м/с, за время р, т.е. происходит своего рода "дробление" или "пилка" плазмой.1Иапример, для случая Ч = 1F, где — = Т = 0 + т при заданной скоN рости и длительности импульса 1 „ .

Ь р:= и» л и

+ 1р происходит "дробление", а с увеличением частоты Р, т.е. при выполнении условия Ч (1Р, происходит "пилка".

Следует отметить, что все параметры V, „, F взаимосвязаны между собой.Рассмотрим подробное их влияние друг ка друга. Известно, что если скорость истечения жидкости V=O, то при температуре струи Т > 100 С, струя распадается и переходит в парообраэное (газовое состояние), теряя все свойства жидкости. С увеличением

1377172 скорости струи жидкости V, чтобы перевести ее в парообразное состояние, необходима температура струи T » 100 C.

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 — 10

10000 С заставляет струю сжиматься и такйм образом, также препятствует ее распаду. Следовательно, каждой скорости истечения жидкости соответствует заданная мощность импульса P„,,15 при этом частота следования импульV сов задается F ), 1

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

25 импульса амплитудой U и длительностью л

На фиг.2с показано распределение температуры в струе жидкости по длине 1. 30

Таким образом, при приложении им пульса струя не вся распадается, а только на прикатодном участке d (фиг.2), который имеет температуру

Т >, Т „- T — допустимая температу- 35

I ра в струе жидкости, на длине 1 которой практически задается частота

V Ч следования импульсов F= — —

1 1

Обычно Т = 1000 С. Чем меньше при катодный участок d „,который определяется мощностью импульса P, тем уже ц У ширина реза.

Принцидиальная схема импульсного 45 источника состоит иэ устройства управ. ления (фиг.3) и оконечного каскада (фиг.4).

Устройство управления (фиг.3) состоит из генератора прямоугольных им50 пульсов, построенного на транзисторах V - V„,, принцип генерации которого основан на заряде, разряде конденсатора С „, где заряд конденсатора С происходит через .сопротивление

55 коллектор-эмиттер транзисторов V< и. V, а разряд — через диод D „и транзистор V „ при этом частота следования импульсов Г задается изменением величины сопротивления R от О, 1 до

100 кГц. Сигнал с частотой F поступает на вход (с) счетчика (ст), при этом выходные сигналы счетчика (0„-О.„) на входы (D„. -D„) дешифратора (ДС), N — выходы которого поступают на входы N-блокинг-генераторов (БГ„)q при этом сигналы с их выходов

U,, — U,, поступают на управляющие электроды Т„- Т „ регулирующих тиристоров.

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

Оконечный каскад (фиг.4) построен на регулирующих тиристорах Т, -T u работает следующим образом.

При включении переключателя В„ на вход С счетчика (СТ) поступает первый управляющий сигнал, который включает блокинг-генератор БГ„, при этом сигнал U поступает на управляющий вход тиристора Т,, а сигнал

U« 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 U

Включение регулирующих тиристоров йроисходит согласно диаграмме, изображенной на фиг.5. Следует отметить, что числом N регулирующих тиристоров определяется максимальная частота следования импульсов F „,. Например, если при N = 4, F„,„,.= .10 кГц, то при таком построении схемы при

N = 22 FÄ,„,= 100 кГц.

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

1. Способ резки высоконапорной струей жидкости, включающий истечение струи рабочей жидкости из сопла, расположенного на заданном расстоянии от разрезаемого материала, пре! 377 I 72 рыэание струи жидкости и воздействие пульсирующей струей жидкости на разрезаемый материал, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности, в рабочую жидкость вводят вещества, проводящие в водном растворе электрический ток, при этом прерывание струи жидкости осуществляют путем воздействия на нее щ однополярными импульсами электричес- кого тока, частоту F следования которых определяют из соотношения

В где V — скорость истечения жидкости из сопла, 1 — расстояние между соплом и разрезаемым материалом. 2О

2. Способ по п.t, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве добавок в рабочую жидкость используют водорастворимые злектропроводящие химические соединения.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся. тем, что в качестве добавок в рабочую жидкость используют мел-. кодисперсные порошки металлов.

4. Устройство для резки высоконапорной струей жидкости, содержащее источник жидкости высокого давления, соединенный с соплом, закрепленным в держателе, рабочий стол и механизм прерывания струи жидкости, о т л ич а ю щ е е с я тем, что последний выполнен в виде магнитной системы, расположенной концентрично оси сопла, и импульсного источника питания, положительный выход которого соединен через магнитную систему с держателем сопла, а отрицательный выход соединен с рабочим столом.

1377172

T,ò

Составитель Ю.филимонов

Техред И.Попович Корректор/ О.Кравцова

Редактор Н.Швыдкая

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 804/12 Тираж 879 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 а

«с! Ь

Ogg Ь

6г