CN107671744A - 一种水切割材料、能减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水切割材料、减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头及其使用方法，水切割头，该水切割头包括进水管、腔体、喷头和添加剂侧管；所述的进水管与腔体连通、腔体与喷头连通；所述的添加剂侧管与腔体连通，且添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角呈锐角；所述的添加剂侧管中添加有由丙三醇，丙三醇水溶液，丙二醇，丙二醇水溶液，蔗糖溶液，聚乙烯醇水溶液中的一种构成的添加剂。具有不使用砂粒、从而不会在陶泥坯体上粘砂粒、不用清洗、后续烧结陶泥制品报废率低，水切割力度强、能快速将陶泥坯体切割平整，切喷射过程扩散小、能量集中，水刚度高、不影响切割效率的优点。

Description

一种水切割材料、能减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割 头及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种高压水刀切割技术领域，具体涉及一种水切割材料、减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头及其使用方法。

背景技术

水刀，是指将水朝一个方向加压而射出高压水流对物品进行切割的一种工具，是一种以水为刀作为切割工具的切割技术，该项技术最早起源于美国，用于航空航天军事工业。以其冷切割不会改变材料的物理化学性质而备受青睐。后经技术不断改进，在高压水中混入石榴砂，极大的提高了水刀的切割速度和切割厚度。以加沙情况来分：水切割分为无沙切割和加沙切割两种方式。

水刀对一些金属零件可采取冲剪工艺方法，效率高、速度快，但需要特定的模具和刀具，水切割与该切割方法相比柔性好，可随时进行任意形状工件的切割加工，尤其在材料厚、硬度高等情况下，冲剪工艺将很难或无法实现，而用水切割方法则较为理想；火焰切割也是金属领域常用的切割工艺，切割的厚度范围非常大，但与水切割相比其热效应明显、切割表面质量和精度较差，另外水切割能很好地解决一些熔点高、合金、复合材料等特殊材料的切割加工。

现在水刀已经广泛应用于陶瓷、石材、玻璃、金属、复合材料等众多行业。可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工；可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛。

但是基于市面上，水刀只有纯水刀切割和水加沙切割两种，对于切割陶泥坯体不适合，不适合的原因有三点：1.陶泥坯体用砂切割会使砂粒粘在坯体里，无法清洗，后续焙烧沙粒会同坯体牢牢烧结在一起，使陶泥制品报废；2.纯水切割,则力度不行，很难快速将陶泥坯体切割平整；3.纯水喷射过程扩散较大，能量不集中，水刚度不够，影响切割效率。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种不使用砂粒、从而不会在陶泥坯体上粘砂粒、不用清洗、后续烧结陶泥制品报废率低，水切割力度强、能快速将陶泥坯体切割平整，且喷射过程扩散小、能量集中，水刚度高、不影响切割效率的减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割材料。

本发明的水切割材料包括水和添加剂，该材料用于水切割装置对待加工材料进行切割。

本发明所述的添加剂为：为丙三醇，丙三醇水溶液(溶度不限)，丙二醇，丙二醇水溶液(溶度不限)，蔗糖溶液(溶度不限)，聚乙烯醇水溶液(溶度不限)，双氧水 (浓度不限)，与水可以任意比例混合。

本发明还提供一种减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头，该水切割头包括进水管、腔体、喷头和添加剂侧管；所述的进水管与腔体连通、腔体与喷头连通；所述的添加剂侧管与腔体连通，且添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角呈锐角；所述的添加剂侧管中添加有由丙三醇，丙三醇水溶液(溶度不限)，丙二醇，丙二醇水溶液(溶度不限)，蔗糖溶液(溶度不限)，聚乙烯醇水溶液(溶度不限)，双氧水(浓度不限) 中的一种构成的添加剂。

采用上述结构，首先水从进水管进入到腔体，然后沿着腔体从喷头喷出，在水流动过程中，由于添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角呈锐角，使得添加剂侧管中产生负压，从而带动添加剂一起和水从喷头处喷出，对需要加工的部件进行水切割；本发明通过加入添加剂，提高了水的粘度和刚度，使水柱不容易扩散，能量更集中，切割效率能明显提高。其相比沙粒，本发明所采用的添加剂均是微毒，无毒的有机物质，即使切割的时候被陶泥坯体粘住，在后续高温焙烧时也能将其焙烧掉，不会污染环境，也不会影响制品的物化性能和外观。

作为优选，所述的腔体呈圆柱状，所述的喷头呈圆锥状，且圆锥状喷头的底面与圆柱状腔体的横截面的面积相等；所述的添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角小于45度；采用该结构，可以保证水与添加剂充分的混合，然后从喷嘴喷出，且该结构还能够增加负压效果，使得添加剂快速进入到腔体中与水融合，从而提高水的喷射强度，降低扩散度。

作为优选，所述的添加剂侧管能够开合，当所述的添加剂侧管开时，添加剂从侧管通过负压作用进入到腔体，当所述的添加剂侧管合拢(关闭或者闭合)时，添加剂从进水管和水一同进入腔体。采用上述结构，可以多功能实现添加剂的添加方式，而不仅仅局限于从侧管添加添加剂。

作为优选，所述的水切割头为一个或者多个同时使用，且当多个使用时，可以并联或者串联连接方式固定。

本发明还提供一种水切割装置的水切割头的使用方法，具体包括：

(1)首先将水从进水管添加进入，经过腔体从喷头处射出，该过程使添加剂侧管内产生负压，使侧管内的添加剂吸入腔体内，添加剂和水溶合在一起从喷头处射出；

(2)水切割头具体切割步骤，详见专利ZL201620801114。

本发明上述步骤(1)所述的添加剂为丙三醇，丙三醇水溶液(溶度不限)，丙二醇，丙二醇水溶液(溶度不限)，蔗糖溶液(溶度不限)，聚乙烯醇水溶液(溶度不限)，双氧水(浓度不限)中的一种。

本发明上述步骤(1)中，所述的添加剂侧管合拢时，所述的添加剂直接和水从进水管处进入腔体。

本发明的优点和有益效果：

本发明的方法可有效解决纯水切割时候，遇到空气阻力水柱扩散导致能量不能聚中的问题，本发明是首次通过加入添加剂，提高水的粘度和刚度，使水柱不容易扩散，能量更集中，切割效率能明显提高。其相比沙粒，本发明所采用的添加剂均是微毒，无毒的的有机物质，即使切割时候被在陶泥坯体粘住，后续高温焙烧也能将其焙烧掉，不会污染环境，也不会影响制品的物化性能和外观。添加剂能提高水的密度和粘度，根据能量定律Ek＝mv²/2，Ek为动能，m为物体质量，V为速度，速度一定，m增加，则能量增大；添加剂能提高水的粘度，水分子互相粘着力变强，不容易扩散。

附图说明

图1添加剂从添加剂侧管进入腔体的水刀切割喷头剖视图结构示意图。

图2添加剂从进水管进入腔体的水刀切割喷头剖视图结构示意图。

图3纯水切割陶瓷坯料的效果图。

图4本发明添加了添加剂之后切割陶瓷坯料的效果图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

如附图1所示，本实施例的一种减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头，该水切割头包括进水管1、腔体2、喷头3和添加剂侧管4；所述的进水管与腔体连通、腔体与喷头连通；所述的添加剂侧管与腔体连通，且添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角呈锐角；所述的添加剂侧管中添加有由丙三醇，丙三醇水溶液(溶度不限)，丙二醇，丙二醇水溶液(溶度不限)，蔗糖溶液(溶度不限)，聚乙烯醇水溶液(溶度不限) 中的一种构成的添加剂。所述的腔体呈圆柱状，所述的喷头呈圆锥状，且圆锥状喷头的底面与圆柱状腔体的横截面的面积相等；所述的添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角小于45度；所述的添加剂侧管呈开启状态，添加剂从侧管通过负压作用进入到腔体。

采用上述结构，首先水从进水管进入到腔体，然后沿着腔体从喷头喷出，在水流动过程中，由于添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角呈锐角，使得添加剂侧管中产生负压，从而带动添加剂一起和水从喷头处喷出，对需要加工的部件进行水切割；本发明通过加入添加剂，提高了水的粘度和刚度，使水柱不容易扩散，能量更集中，切割效率能明显提高。其相比沙粒，本发明所采用的添加剂均是微毒，无毒的有机物质，即使切割的时候被陶泥坯体粘住，在后续高温焙烧时也能将其焙烧掉，不会污染环境，也不会影响制品的物化性能和外观。

实施例2

如附图2所示，本实施例的一种减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头，该水切割头包括进水管1、腔体2、喷头3和添加剂侧管4；所述的进水管与腔体连通、腔体与喷头连通；所述的添加剂侧管与腔体连通，且添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角呈锐角；所述的添加剂侧管中添加有由丙三醇，丙三醇水溶液(溶度不限)，丙二醇，丙二醇水溶液(溶度不限)，蔗糖溶液(溶度不限)，聚乙烯醇水溶液(溶度不限) 中的一种构成的添加剂。所述的腔体呈圆柱状，所述的喷头呈圆锥状，且圆锥状喷头的底面与圆柱状腔体的横截面的面积相等；所述的添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角小于45度；所述的添加剂侧管呈关闭状态，添加剂从进水管和水混合进入到腔体。

本发明具体的水切割喷头的使用过程为：

(1)首先将水从进水管添加进入，经过腔体从喷头处射出，该过程使添加剂侧管内产生负压，使侧管内的添加剂吸入腔体内，添加剂和水溶合在一起从喷头处射出；

(2)如ZL201620801114整套的水切割装置一般包括高压水泵***、运动控制平台、开关水控制***等，但其不是本申请的改进点，故在此不再赘述。本申请中水切割控制器可以包括高压水泵以及调节高压水泵的控制器，高压水泵可以与水切割头连通。通过在基座上设置至少两个水切割头，且各个水切割头均由基座上的水切割控制器来调节水压，在进行蜂窝陶瓷湿坯切割时，可以由水切割控制器控制水切割头处形成水刀进行切割作业，相较于传统切割装置只有一个水切割头，设置的至少两个水切割头可以以串联方式进行切割，即依次切割陶瓷湿坯上的一点，或者以并联方式进行切割，即各个水切割头同步切割陶瓷湿坯上不同的点，在进行水刀湿法切割，保证切割产品规整度、确保产品物化性能稳定的基础上提高了切割生产效率。

在其中一种实现方式中，前述的至少两个水切割头可以是保持平行排列，相邻的两个水切割头之间保持相同的间距。在这种实现方式中，设置在基座上的多个水切割头可以是等间距平行排列，在进行串联方式或并联方式切割时，切割效果更为稳定。作为其中一种改进，本实施例中，基座设置有两个，两个基座1相对平行布置，每个基座上分别可拆卸安装有三个水切割头。相应地，水切割控制器也设置有两套，两组基座、水切割头及水切割控制器组成整套的串并联水刀，在切割多条或直排陶瓷湿坯时可以同步进行串联和并联切割，切割效率更高。为另一种改进，基座上可以设置有竖向距离传感器，竖向距离传感器设置在基座的底部。作为又一种改进，基座上设置有水平距离传感器，水平距离传感器设置在基座的侧部。在对较长的陶瓷湿坯进行精确切割时，需要将其切割成长度一致的多段，因此每切割完一段后都需要将水切割头精确移动到下一位置，竖向距离传感器和水平距离传感器的设置便于后续水切割头的精确方位调整。作为其中一种优选，基座为长方体形，水切割头安装在长方体形的基座的面积最大的底面上。相应地，水切割控制器可以设置在基座内，或者直接安装在基座上。

效果比较：如附图3所示，为采用纯水作为水切割材料，切割陶瓷坯料的效果图，从效果图可以看出，切割效果非常不理想，不规则，且对坯料造成了很大的损伤；如附图4所示，为采用水和丙三醇混合作为水切割材料，切割瓷坯料的效果图，从效果图可以看出，切割效果非常理想，形状规则，且对坯料几乎无损伤；充分证实了本发明添加了添加剂之后的切割效果非常理想；此外，纯水的强度100～150MPa,添加剂后，水强度达到155～250MPa。

Claims (9)

1.一种水切割材料，其特征在于：该材料包括水和添加剂，该材料用于水切割装置对待加工材料进行切割。

2.根据权利要求1所述的水切割材料，其特征在于：所述的添加剂为丙三醇，丙三醇水溶液，丙二醇，丙二醇水溶液，蔗糖溶液，聚乙烯醇水溶液，双氧水，与水任意比例混合。

3.一种减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头，其特征在于：该水切割头包括进水管、腔体、喷头和添加剂侧管；所述的进水管与腔体连通、腔体与喷头连通；所述的添加剂侧管与腔体连通，且添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角呈锐角；所述的添加剂侧管中添加有由丙三醇，丙三醇水溶液丙二醇，丙二醇水溶液，蔗糖溶液(溶，聚乙烯醇水溶液中的一种构成的添加剂。

4.根据权利要求3所述的减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头，其特征在于：所述的腔体呈圆柱状，所述的喷头呈圆锥状，且圆锥状喷头的底面与圆柱状腔体的横截面的面积相等；所述的添加剂侧管的轴线与腔体的轴线之间的夹角小于45度。

5.根据权利要求3所述的减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头，其特征在于：所述的添加剂侧管能够开合，当所述的添加剂侧管开时，添加剂从侧管通过负压作用进入到腔体，当所述的添加剂侧管合拢时，添加剂从进水管和水一同进入腔体。

6.根据权利要求3所述的减少水扩散、提高水刀切割效率的水切割头，其特征在于：所述的水切割头为一个或者多个同时使用，且当多个使用时，可以并联或者串联连接方式固定。

7.一种水切割装置的水切割头的使用方法，其特征在于：具体包括：

(1)首先将水从进水管添加进入，经过腔体从喷头处射出，该过程使添加剂侧管内产生负压，使侧管内的添加剂吸入腔体内，添加剂和水溶合在一起从喷头处射出；

(2)水切割头具体切割步骤，详见专利ZL201620801114。

8.根据权利要求7所述的水切割装置的水切割头的使用方法，其特征在于：步骤(1)所述的添加剂为丙三醇，丙三醇水溶液，丙二醇，丙二醇水溶液，蔗糖溶液，聚乙烯醇水溶液。

9.根据权利要求7所述的水切割装置的水切割头的使用方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的添加剂侧管合拢时，所述的添加剂直接和水从进水管处进入腔体。