ИЗНОСОСТОЙКОЕ СОПЛО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЖУЩЕЙ АБРАЗИВНО-ЖИДКОСТНОЙ СТРУИ
WEAR PROOF NOZZLE TO PRODUCE CUTTING ABRASIVE FLUID JET

Изобретение относится к устройствам для получения высоконапорной режущей струи абразивно-жидкостной смеси.
В качестве ближайшего аналога выбрана конструкция разборного сопла для получения режущей струи абразивно-жидкостной смеси [патент СССР 1837991, МПК B05B 1/00, опубл. 30.08.1993, бюл. №32]. Сопло для истечения рабочей жидкости содержит ряд элементов, охваченных обоймой и стянутых винтом с образованием продольного осевого канала для прохождения рабочей жидкости с абразивом. Каждый элемент выполнен в виде призмы, на ребрах которой выполнены продольные фаски, а осевой канал для подачи жидкости образован последними. Данное выполнение сопла позволяет повысить срок его службы за счет многократного использования поворачиваемых призм, на ребрах которых образованы фаски.
Недостатком данного изобретения является необходимость снимать и разбирать сопло для изменения положения призм после достаточного износа канала сопла, образованного фасками призм. Недостатком также является то, что совершенно не учтено влияние волновых свойств канала сопла на его приработку и износ.
Задачей данного изобретения является повышение срока службы безразборного сопла (повышение износостойкости канала сопла) путем учета волновых свойств канала.
Задача решается при помощи одной или нескольких волногасящих насадок с кольцевыми выступами игольчатой формы, наиболее эффективно рассеивающими волны упругой деформации, образующиеся при прохождении по каналу сопла абразивно-жидкостной суспензии. Эти насадки посажены с натягом и встык на внешнюю поверхность фокусирующей трубки продольного осевого канала сопла. Причем вдоль оси канала диаметры кольцевых выступов пропорционально коррелируют с диаметрами характерного (приработанного от волн упругой деформации или имитирующего эту приработанность) канала сопла. Для имитации приработанности канала фокусирующая трубка с каналом может быть, например, изготовлена спеканием из композиционного материала на основе мелкодисперсного карбида вольфрама и кобальтовой связки или из конструкционной керамики с копированием характерного профиля ранее приработанного канала базового образца сопла.
На фиг.1 изображены два вида (разрез сбоку и вид сзади) сопла с характерным профилем приработанного канала и с волногасящими насадками.
На фиг.2 - фотография осевого сечения канала экспериментального базового образца сопла с характерным приработанным профилем и с приложенной миллиметровой линейкой.
Позиции: 1 - фокусирующая трубка; 2 - канал сопла, 3 - волногасящие насадки; 4 -кольцевые выступы игольчатой формы.
На фокусирующей трубке 1 с каналом, копирующем характерный приработанный профиль базового образца (фиг.2), посажены с натягом три волногасящие насадки с кольцевыми выступами игольчатой формы. Ширина каждой из насадок соответствует длине характерного участка периодического профиля внутреннего канала L фокусирующей трубки. Ширина насадок - 12 мм, 18 мм и 24 мм. Вершины выступов расположены на воображаемой дуге, кривизна которой определяется эмпирически и зависит от длины характерного участка внутреннего канала приработанной фокусирующей трубки. Толщина (h=8 мм) выбрана равной толщине стенки неприработанной трубки. Диапазон высоты кольцевых игольчатых выступов - 1,5…10 мм, ширина выступов - 1,5…2 мм.
Механизм действия. В результате прохождения абразивно-жидкостной суспензии по каналу фокусирующей трубки генерируются поверхностные акустические волны упругой деформации (волны типа Рэлея) [Барзов А.А., Галиновский А.Л. Технологии ультраструйной обработки и диагностики материалов. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. - 246 с.], которые, взаимодействуя между собой и дополнительно усиленные волнами, вызванными ударами частиц абразива жидкости о стенки канала, создают интенсивную волновую картину, способствующую ускоренной эрозии канала фокусирующей трубки.
Были проведены эксперименты, доказывающие влияние волновых процессов (волн упругой деформации) на процесс гидроразрушения материалов, аналогичные волновые процессы происходят в канале сопла высоконапорной струи абразивно-жидкостной смеси. Сгенерированные волны упругой деформации проходят через внешнюю поверхность фокусирующей трубки в виде поверхностных акустических волн.
Волногасящие насадки, посаженные с натягом на фокусирующую трубку для уменьшения волнового сопротивления между внешней поверхностью фокусирующей трубки и волногасящей насадкой, рассеивают поверхностные акустические волны на своих кольцевых выступах игольчатой формы. Посадка с натягом делается для того, чтобы волна не отражалась от границы раздела «фокусирующая трубка-насадка», а как можно с меньшими потерями переходила в насадку и там рассеивалась.
А для стабилизации волновой картины во времени внутренний канал фокусирующей трубки копирует характерный приработанный профиль аналогичной ранее работавшей фокусирующей трубки гидрорезной установки.