[发明专利]微磨料水射流切割头装置

说明书

技术领域：

本发明涉及高压磨料水射流冷切割技术领域，特别涉及一种可广泛 应用于金属、半导体材料、玻璃、电子器件等的切割和工艺雕刻的微磨 料水射流切割头装置。

背景技术：

高压磨料水射流作为一种冷态切割技术，具有介质成本低、清洁、 环境友好，对被加工材料无热损伤等优点。磨料水射流配合数控系统可 以进行任意平面图形的切割，尤其适用于高硬度、高脆性、难加工材料 和复合材料等的切割加工。磨料水射流被认为是本世纪优先发展的主流 切割技术，在机械制造、汽车、航空航天、军工、医疗、建筑建材等领 域具有广泛的应用前景。

磨料水射流切割头是磨料水射流切割的关键部件之一。传统后混合 式磨料水射流切割头通常是利用高速水射流流动所产生的负压将磨料 引入切割头混合腔，通过高速水射流对固体磨料粒子的加速、混合并经 聚焦管(磨料喷嘴)喷出形成高能磨料水射流束。这种切割头故障率高、 磨料吸入不均匀、磨料流量无法控制，从而直接影响了其切割加工性能 和加工质量。另一方面，在微磨料水射流中一般需要采用微米、亚微米 甚至纳米级磨料粒子，由于微细粒子很容易吸附空气中的水分，从而增 大粘性阻力，此时微磨料粒子很难利用负压吸入切割头混合腔形成微磨 料水射流。

理论上，通过精确控制切割深度，磨料水射流配合数控系统可以实 现平面铣削和雕刻加工。对特定材料，磨料水射流切割深度的控制，一 般有三种方法：①磨料流量一定，控制走刀速度；②走刀速度一定，控 制磨料流量；③同时控制走刀速度和磨料流量，从而改变其切割能力， 达到不同的切割深度。由于现行切割头无法精确控制磨料流量，因此很 难实现铣削和雕刻加工。

磨料水射流在切割过程中如果发生切割头堵塞，高压水可经磨料管 进入磨料箱，造成磨料和管路系统受潮堵塞，磨料不能正常输送，必须 停机修理。因此，解决磨料水射流系统中磨料流量的可控和喷嘴堵塞后 引起磨料输送系统失效两大问题，对提高磨料水射流机床的可靠性、加 工精密性和多功能性具有重要现实意义。

发明内容：

本发明的目的是为了解决现有后混合式磨料水射流切割头可靠性 差、磨料吸入不均匀、磨料流量无法精确控制、喷嘴堵塞后引起磨料输 送系统失效以及微磨料水射流无法利用负压自行吸入微细磨料粒子等 问题的提供一种能精确控制磨料流量的微磨料水射流切割头装置。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明微磨料水射流切割头装置，包括有混合腔15的喷嘴座8、装 在喷嘴座上的与混合腔相通的水喷嘴7、一端伸入喷嘴座中与混合腔相 通的聚焦管(磨料喷嘴)4、储料罐24，其特征是有与喷嘴座连接的装 有步进电机或伺服电机10的电机机座12，装在电机机座和喷嘴座上且 与混合腔相通的螺杆泵壳14，装在螺杆泵壳中的送料螺杆13的第一端 伸入混合腔中而第二端与步进电机或伺服电机的输出轴连接，在电机机 座上有与螺杆泵壳连通的送料通道25，储料罐出料口通过送料管16与 送料通道连通，微细固体磨料或浆液磨料输送采用送料螺杆实现，直接 将磨料送到混合腔，磨料流量由步进或伺服电机驱动的螺杆转速决定。

上述的水喷嘴座8上有与混合腔相通的排出通道15，排出通道上装 有单向阀16，防止水倒流、浸湿干磨料，避免堵塞。

上述的水喷嘴7直径为0.08～0.1mm，聚焦管(磨料喷嘴)4内径 为0.10～0.15mm，集束性好，射流能量集中。

上述的储料罐24由带出料口的罐体17和与罐体连接的带顶部压缩 空气进口26的罐盖20组成，罐体与罐盖连接处有罐口密封21，储料罐 中通入压缩空气，固体微细磨料在一定空气压力下，经磨料送料管16 进入送料螺杆13的螺旋槽。

上述的罐体内装有与罐体内壁滑动配合且带活塞密封圈18的活塞 19，罐体中加入浆液磨料，活塞将浆液磨料与气体完全隔开，活塞上部 通入一定压力的压缩空气，利用活塞的推力将浆液磨料经送料管16压 入送料螺杆13的螺旋槽。

上述的储料罐内装有含粒子直径50nm～300nm固体颗粒的液体磨料 或粒子直径5μm～25μm的固体磨料。