[发明专利]一种超高压水射流铣削水刀头及其铣削工艺

权利要求书

1.一种超高压水射流铣削水刀头，包括用于高压进水的超高压管(1)、超高压管形成的高压腔(10)、在高压腔(10)末端连通的水喷头总成(2)，其特征在于：所述水喷头总成(2)包括与高压腔(10)末端对接的水喷嘴体(21)、通过水喷嘴(22)和密封圈(23)与水喷嘴体(21)连为一体的铣刀头体(26)，铣刀头体(26)中心开设有喷砂管(28)；所述铣刀头体(26)侧连有通向喷砂管(28)的引射磨料通道(25)，在水喷嘴(22)与喷砂管(28)之间形成有磨料混砂腔(24)，且磨料混砂腔(24)与喷砂管(28)、水喷嘴(22)的中心线相重合从而彼此贯通为一体；所述喷砂管(28)末端还串连有扇形射流喷嘴(29)，磨料射流经扇形射流喷嘴(29)喷出形成具有铣削宽度的扁平射流；

在以超高压射流形成真空引射的引射磨料通道(25)对侧增设有通过压缩空气的强制压射作用迫使磨料混砂腔(24)与喷砂管(28)的水与磨料喷射出去的压射通道(27)；

所述扇形射流喷嘴(29)通过连接螺母(20)固定在喷砂管(28)末端；且扇形射流喷嘴(29)与喷砂管(28)沿中心线对接；所述扇形射流喷嘴(29)的喷口(292)在与扇形射流喷嘴(29)轴线相垂直的平面上的投影呈扁圆状；

所述扇形射流喷嘴(29)设置在连接螺母(20)中，扇形射流喷嘴(29)的顶端在连接螺母(20)的作用下紧紧地压靠在所述喷砂管(28)的底端；

所述扇形射流喷嘴(29)的射流口处设有与其圆柱形喷腔(291)相贯的相贯槽(293)而形成喷口(292)；所述扇形射流喷嘴的喷腔(291)与相贯槽(293)位置的彼此配合使的铣刀头体(26)分别形成多种不同角度的扇形射流，即通过扇形射流喷嘴(29)喷腔与相贯槽(293)不同位置的设置配合形成具有多种铣削宽度的扁平射流；

扇形射流喷嘴(29)和连接螺母(20)构成台阶配合。

2.根据权利要求1所述的一种超高压水射流铣削水刀头，其特征在于：所述密封圈(23)配合水喷嘴(22)构成端面静密封及径向三角密封，所述水喷嘴(22)上的喷口直径小于高压腔(10)和磨料混砂腔(24)的腔内直径的最小值。

3.根据权利要求1所述的一种超高压水射流铣削水刀头，其特征在于：所述引射磨料通道(25)与压射通道(27)互相贯通；所述引射磨料通道(25)与压射通道(27)在铣刀头体(26)的两侧对称设置，且引射磨料通道(25)、压射通道(27)二者与铣刀头体(26)的中心线均呈30～60度倾斜布置；所述引射磨料通道(25)与压射通道(27)的中心线共同交于铣刀头体(26)的中心线上。

4.根据权利要求3所述的一种超高压水射流铣削水刀头，其特征在于：所述压射通道(27)以0.3～0.7MPa的压缩空气对引射磨料通道(25)构成持续引射工况。

5.根据权利要求3所述的一种超高压水射流铣削水刀头，其特征在于：所述喷砂管(28)的顶部与引射磨料通道(25)、压射通道(27)的底部均相连，且喷砂管(28)的顶部开口设置为便于与引射磨料通道(25)、压射通道(27)的内腔相顺接的由上至下开口直径减缩的缩口(281)。

6.根据权利要求1所述的一种超高压水射流铣削水刀头，其特征在于：所述扇形射流喷嘴(29)材质为碳化钨耐磨材料。

7.一种利用权利要求1所述的一种超高压水射流铣削水刀头，其特征在于具体有如下步骤：

S1、使超高压管(1)中的进水压力保持在300～450MPa，流量达到3L/min；

S2、向引射磨料通道(25)中通入80～120目的石榴石作为磨料，同时向压射通道(27)强制压射通入0.3～0.7MPa压力的压缩空气，阻止水射流启停时的回水现象的产生，迫使混合腔内磨料水混合液仅会从喷砂管(28)喷出；

S3、控制铣削过程的靶距为5～50mm，在该范围靶距下自扇形射流喷嘴(29)中射出的扇形射流宽度在4～55mm之间；

S4、通过五轴联动机床保持铣刀头体(26)在X、Y、Z轴和A、C旋转轴联动的基础上实现其在任意工件面的铣削加工，控制程序在射流宽度方向信号的反馈要求下，保证射流宽度方向始终垂直于刀头运行方向，即刀头的运行方向与所述喷口(292)的长轴始终保持垂直关系，实现等边铣削，调节所述扇形射流喷嘴(29)横移速度为0.2m/min～15m/min，最终调节材料的铣削量。