水射流切割系统的同轴性控制

1.一种用于检查水射流切割系统中的水射流同轴性的装置，水射流切割系统包括：加压水入流；用于形成水射流的喷嘴，所述喷嘴通入磨料粉末吸入室；以及聚焦管，其安装在该磨料粉末吸入室的出口处，并具有用于通过水射流的恒定直径的圆柱形内部通道，所述装置包括用于将环形部件在聚焦管的出口处与该出口相隔一定距离并与聚焦管的轴线对准地定位的器件，该环形部件的内径与聚焦管的内部通道的内径相等。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，环形部件由固定到聚焦管下游端的圆柱形管状端件的下游端形成。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述圆柱形管状端件通过螺纹旋接或配合而固定到聚焦管下游端。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，管状端件包括用于通过水射流的圆柱形内部通道，该通道的直径大于聚焦管的内部通道的直径。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，管状端件的内部通道的下游端终止于形成所述环形部件的内部台肩。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，管状端件包括在其下游端附近形成于其圆柱形壁中的至少一个窗口。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于降低供水压力的器件和用于降低供水流率的器件，它们被用来检查水射流的同轴性。
8.一种用于检查水射流切割系统中的射流同轴性的方法，所述水射流切割系统包括：
加压水入流；用于形成水射流的喷嘴，所述喷嘴通入磨料粉末吸入室；以及聚焦管，其安装在该磨料粉末吸入室的出口处，并具有用于通过水射流的恒定直径的圆柱形内部通道；
其特征在于，该方法包括：
-将圆柱形管状端件固定到聚焦管的出口，该圆柱形管状端件的下游端具有以聚焦管的轴线为中心的环形部件，并且环形部件的内径与聚焦管的内径相等；
-在不添加磨料粉末的情况下以降低的压力和降低的流率为切割系统供水，以便在聚焦管的出口处获得一致并且基本上无分叉的水射流；和
-在水射流非同轴的情况下，观察环形部件上的任何水反溅。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在以大约2500巴的用于切割的压力和大约4.7升每分钟的流率为系统供水的情况下，为了检查射流的同轴性，将供水压力降低到大约700巴并且将流率降低到大约0.22升每分钟。

水射流切割系统的同轴性控制\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种用于检查水射流切割系统的同轴性(alignment)的装置和方法。\n背景技术\n[0002] 水射流切割系统被广泛地应用于切割各种材料。如果要切割的材料相对软或薄，采用纯水切割可能就足够了，但是要切割较硬并且较厚的材料，必须将水与磨料粉末混合以获得更强的喷射流。\n[0003] 使用含磨料的水射流的切割系统包括与切割头入口连接的加压水入口，切割头通常包括用于将加压水传导到水射流形成喷嘴的校准管，水射流形成喷嘴容纳在校准管的出口中并在混合室中露出，在混合室中通过抽吸作用引入磨料。含磨料的水射流离开混合室，然后进入聚焦管的圆柱形通道。校准管的下游端、射流形成喷嘴和聚焦管的上游端由内部形成有混合室的本体支承。\n[0004] 为了进行优质的高性能切割，包括切割相对较厚零件的情况在内，这种切割系统必须传输长时间稳定并且能量尽可能高的水射流。\n[0005] 不稳定或者强度不足的水射流会带来降低切割速度和精度的风险，并且伴随着在切割零件中造成质量损失的风险。\n[0006] 然而，在这些系统中，射流形成喷嘴的轴线与聚焦管轴线之间的同轴性质量可能大大影响水射流的能量和稳定性，特别是因为非同轴性容易导致聚焦管中出现很大的压降并且引起射流分叉或散射。\n[0007] 射流形成喷嘴和聚焦管之间的同轴性质量还可能影响聚焦管的寿命，由于射流与聚焦管内壁之间的碰撞较大，非同轴性会带来导致过早磨损的风险。\n[0008] 射流形成喷嘴的轴线和聚焦管轴线的良好同轴性主要依赖于构成切割头的零件的尺寸精度，特别是喷嘴、聚焦管和端头本体的尺寸精度，但是还依赖于喷嘴在其容纳体内的配合质量，该配合通常包括采用巨大的压力将喷嘴压入容纳体中。如果存在不期望的物体，例如可能滞留在喷嘴与喷嘴所挤压的侧壁之间的磨料颗粒，则可能大大降低该配合的质量。\n[0009] 目前，除了通过进行定期调校来评估磨料水射流的能量以外，还没有用于检查射流形成喷嘴的轴线与聚焦管轴线之间的同轴性质量的手段，但是定期调校时间过长并且不太准确。\n[0010] 本发明的目的是针对该问题提供一种简单、低成本且有效的解决方案。\n发明内容\n[0011] 本发明的主题是这样一种装置和方法：其能够通过简单、低成本和可快速实施的手段检查水射流的同轴性，并因此检查射流形成喷嘴的轴线与聚焦管轴线之间的同轴性。\n[0012] 为了达到这个目的，本发明提供一种用于检查水射流切割系统中的水射流同轴性的装置，水射流切割系统包括：加压水入流(入口)；用于形成水射流的喷嘴，所述喷嘴通入磨料粉末吸入室；以及聚焦管，其安装在该磨料粉末吸入室的出口处，并具有用于通过水射流的恒定直径的圆柱形内部通道，所述装置包括用于在聚焦管的出口处与该出口相隔一定距离并与聚焦管的轴线对准地定位环形部件的器件，该环形部件的内径与聚焦管的内部通道的内径相等。\n[0013] 由于该环形部件的定位及其内径，从而能够测试通过聚焦管输出的水射流的同轴性。这是因为，如果水射流是适当同轴的，水射流必定会与环形部件无接触地通过该环形部件的中心。然而，在水射流非同轴的情况下，该环形部件对水射流的至少一部分构成障碍，因此，这部分水射流在与环形部件接触后反溅。因此反溅现象的存在与否提供了关于水射流质量的信息，从而提供了与射流形成喷嘴的轴线和聚焦管轴线之间的同轴性质量有关的信息。\n[0014] 根据本发明的一种优选实施方式，环形部件由例如通过螺纹旋接或配合而固定到聚焦管下游端的圆柱形管状端件的下游端形成。\n[0015] 该实施方式提供了一种装配和拆下环形部件的简单器件，该环形部件一体化地形成在管状端件内，同时，由于管状端件的刚度，还可保证将环形部件准确定位。\n[0016] 管状端件有利地包括用于通过水射流的圆柱形内部通道，该通道的直径大于聚焦管的内部通道的直径，并且该通道的下游端终止于形成环形部件的内部台肩。\n[0017] 使端件的内部通道的直径更大能够避免该通道作为聚焦管的延伸部分并使得设计为测试水射流同轴性的环形部件无法起作用。\n[0018] 根据本发明的另一特征，管状端件包括在其下游端附近形成于其圆柱形壁中的至少一个窗口。\n[0019] 在水射流非同轴的情况下，通过为至少一部分水射流提供侧向排出路径，该窗口使得同轴性检查更加可靠。\n[0020] 根据本发明的装置还包括用于检查水射流同轴性的用于降低供水压力的器件和用于降低供水流率的器件。\n[0021] 这是因为优选的是，当检查射流的同轴性时大大降低供水的流率和压力，以便获得细小而一致的射流，换句话说，通过聚焦管输出的射流基本上不分叉，因此特别是通过降低观察区域的风险而使得同轴性检查非常方便。\n[0022] 本发明还提供一种用于检查水射流切割系统中的射流同轴性的方法，该方法包括：\n[0023] -将圆柱形管状端件固定到聚焦管的出口，该圆柱形管状端件的下游端具有以聚焦管的轴线为中心的环形部件，并且环形部件的内径与聚焦管的内径相等；\n[0024] -在不添加磨料粉末的情况下以降低的压力和降低的流率为切割系统供水，以便在聚焦管的出口处获得一致并且基本上无分叉的水射流；和\n[0025] -在水射流非同轴的情况下，观察环形部件上的任何水反溅。\n[0026] 在根据本发明的方法的一种实施方式中，在以大约2500巴的用于切割的压力和大约4.7升每分钟的流率为系统供水的情况下，为了检查射流的同轴性，将供水压力降低到大约700巴并且流率降低到大约0.22升每分钟。\n[0027] 在该实施方式中，这样的压力和流率值使得能够在聚焦管的出口处获得足够细小且无分叉的水射流。\n附图说明\n[0028] 在阅读下面参照附图通过非限制性实施例所做的描述之后，可以明白本发明的其它优点和特征：\n[0029] 图1是使用含磨料的水射流的水射流切割系统的轴向剖视图；\n[0030] 图2是根据本发明的装置在水射流非同轴的情况下的轴向剖视图；和[0031] 图3是根据本发明的装置的示例性实施方式局部放大后的轴向剖视图。\n具体实施方式\n[0032] 首先参照图1，该图显示了磨料水射流切割系统的端头，该端头包括本体10，本体\n10支承包括内部通道14的校准管12的下游端和聚焦管16的上游端，聚焦管16借助于夹紧螺母18装配到本体10上并且包括内部通道20，内部通道20的入口32为漏斗形。本体\n10还包括侧向入口22，该侧向入口22设有与磨料粉末供给器26连接的连接器24。水射流形成喷嘴28在校准管12的出口处容纳于本体10内并在混合室30中露出，混合室30在本体10中形成并与聚焦管16的内部通道20的入口32和侧向入口22相通。\n[0033] 在操作过程中，如箭头34示意性表示的加压水流进校准管12的内部通道14直到遇到喷嘴28。水以非常强的射流的形式离开喷嘴，水高速通过混合室，通过文丘里管效应将磨料粉末吸入，磨料粉末的流动如箭头36示意性表示。然后，水/磨料粉末的混合物流进聚焦管的内部通道20的入口32，射流在这里在加速之后经由聚焦管的出口38喷出。\n[0034] 根据本发明的射流同轴性检查装置包括(参见图2)管状端件40，管状端件40配合到图1所示切割系统的聚焦管16的下游端，并且包括直径比聚焦管的内部通道20直径大的圆柱形内部通道42。内部环形台肩44在管状端件40的下游端形成，并限定内部通道\n42的圆柱形出口48。出口48的内径与聚焦管16的内部通道20的内径相等。而且，内部通道20、42与圆柱形出口48位于同一轴线上。此外，管状端件40还包括在其下游端附近形成于其圆柱形壁中的开口或窗口46，该开口通入管状端件的通道42内，并且该开口的尺寸比通道42直径的大。\n[0035] 该检查装置的操作和使用原理如下：关闭磨料粉末供给器并降低切割系统的供水压力和流率，以便获得足够细小而一致的水射流，换句话说，该水射流在离开聚焦管16时基本上没有分叉。为了降低水的流率，可以简单地使整个供给水流通过配有流率控制阀的管道，该流率控制阀设定为期望的速率，该管道从切割系统的供给管道分叉，并经由以开启/关闭模式操作的截止阀与供给管道连接，该截止阀例如可以是通过气压进行控制的。管状端件40如图2所示配合到聚焦管上，然后以降低的流率为切割系统供水。于是，水射流54流过聚焦管16的内部通道20，然后经过管状端件40的内部通道42直到出口48。\n[0036] 如果水射流是适当同轴的，那么水射流将通过出口48而不会在台肩44上有任何反溅。\n[0037] 然而，如果水射流54不是同轴的，如图2所示，水射流中的很大一部分必然会与环形台肩44接触，从而导致通过窗口46出现在出口48处反溅的反溅水50。\n[0038] 如果水射流的非同轴性非常显著，可能会出现射流在内部通道42的壁上反复反溅而重构的情况，并且可能在到达出口48时类似适当同轴的射流。由于有更多的水通过窗口46排出，窗口46可以将这种情形与适当同轴的射流区分开来。\n[0039] 因此利用根据本发明的装置进行同轴性检查包括观察有可能出现的反溅射流50和52，这种反溅射流的特征在于同轴性较差。\n[0040] 如果检查结果表明射流的同轴性较差，因此射流形成喷嘴28的轴线与聚焦管16的轴线未对准，则可以从系统中拆下喷嘴28并更换新的喷嘴，或者，如果非同轴性是由于喷嘴28的容纳体中出现了不期望的物体，就可以将喷嘴清洗后再次装配上。\n[0041] 图3显示了设计成与夹紧螺母(未示出)协同操作的端件40的示例性实施例，该夹紧螺母在端件的上游端附近通过螺纹旋接在端件的外表面的螺纹部分56上。除了已经提到的内部通道42、环形台肩44和窗口46外，端件40还包括具有轴向狭槽的上游部分58，该轴向狭槽限定出两个基本上半圆柱形的对称夹持部60。\n[0042] 通过将聚焦管16的下游部分插入两个夹持部60之间，然后拧紧端件的螺纹部分\n56上的夹紧螺母，直到聚焦管被夹持部60充分夹紧以确保该装置被适当固定在切割系统的端头上，如此将端件40装配到切割头上。\n[0043] 总而言之，图2和图3所示的管状端件40构成了用于沿聚焦管16的轴线与聚焦管16隔开一定距离地定位环形部件44的器件的一个实施例。还可以使用其它器件来沿聚焦管16的轴线定位该环形部件，这些器件与已描述和图示的器件在技术上是等同的。