СОБИРАЮЩИЕ ПРИЕМНИКИ ЖИДКОЙ СТРУИ И ИМЕЮЩИЕ К НИМ ОТНОШЕНИЕ СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ЖИДКОСТРУЙНОЙ РЕЗКИ
FLUID JET RECEIVING RECEPTACLES AND RELATED FLUID JET CUTTING SYSTEMS

Область техники
Это раскрытие относится к системам и устройствам жидкоструйной резки и, в частности, к компактным собирающим приемникам струи текучей среды, которые устанавливаются для приема струи текучей среды, выпускаемой из режущей головки системы жидкоструйной резки во время операций обработки заготовки.
Описание предшествующего уровня техники
Системы жидкоструйной или гидроабразивной резки используются для резки различных материалов, в том числе камня, стекла, керамики и металлов. В типовой системе жидкоструйной резки, жидкость под высоким давлением (например, вода) проходит через режущую головку, имеющую режущее сопло, которое направляет режущую струю на обрабатываемую деталь. Система может втягивать или подавать абразив в струю текучей среды высокого давления для формирования гидроабразивной струи. Режущее сопло может контролируемо перемещаться вдоль заготовки, чтобы резать эту обрабатываемую деталь, как требуется. Затем струя текучей среды или гидроабразивная струя, совместно называемые в дальнейшем как «водная струя», проходит через заготовку, энергия водной струи обычно рассеивается относительно большим объемом воды в улавливающем резервуаре, который также выполнен с возможностью крепления заготовки. Системы для формирования водных струй высокого давления в настоящее время известны, например, такие, как Mach 4™ пятиосная водоструйная система, изготавливаемая фирмой Flow International Corporation, являющейся правопреемником настоящей заявки.
Другие примеры систем водоструйной резки показаны и описаны в принадлежащем фирме Flow International Corporation патенте США №5643058, который включен здесь в качестве ссылки во всей своей полноте. Примеры систем улавливающих резервуаров для крепления заготовок и рассеивания энергии водной струи после прохождения через заготовку показаны и описаны в заявке на патент США №13/193,435, принадлежащей фирме Flow International Corporation и поданной 28 июля 2011 г., которая включена в настоящее описание посредством ссылки в полном объеме.
Хотя многие системы жидкоструйной резки характеризуются наличием улавливающего резервуара, имеющего большой объем воды, содержащейся в нем, для рассеивания энергии водной струи во время использования, другие известные системы используют компактные собирающие приемники струи текучей среды, которые расположены напротив режущей головки и перемещаются согласованно с ней, чтобы улавливать струю после ее истечения из режущей головки и воздействия на обрабатываемую деталь. Примеры таких приемников (также называемых «улавливающих чашек») и других соответствующих устройств показаны и описаны в патентах США №4435902, №4532949, №4651476, №4665949, №4669229, №4698939, №4799415, №4920841 и №4937985. Известные собирающие приемники жидкой струи, тем не менее, могут страдать от ряда недостатков. Например, многие собирающие приемники жидкой струи чрезмерно сложны, громоздки и/или склонны к преждевременному износу. Кроме того, многие известные собирающие приемники жидкой струи выполнены таким образом, что при износе жидкость и абразивы струи могут отскакивать из приемника и создавать дефекты поверхности на заготовке, чрезмерный шум и/или другие опасные или нежелательные условия.
Краткое описание
Варианты осуществления, описанные здесь, представляют собирающие приемники струи текучей среды и системы жидкоструйной резки, включая подобные и относящиеся к ним способы, которые особенно хорошо приспособлены для приема струи в процессе обработки заготовки. Другие преимущества включают в себя подачу струи через продолговатое входное (впускное) отверстие, выровненное в направлении движения, для того, чтобы приемник принимал струю в отклоненном состоянии, обеспечивая минимизацию, или существенное уменьшение, или предотвращение отскакивания струи из приемника и воздействия на поверхность заготовки. Варианты осуществления включают собирающий приемник струи, имеющий удлиненное впускное отверстие и улавливающее устройство, которое сочленено с жидкоструйной системой высокого давления напротив ее сопла для приема и захватывания струи текучей среды, выходящей из сопла, в частности, компактной формы или габаритов.
Согласно некоторым вариантам осуществления, жидкоструйная система, выполненная с возможностью формирования жидкостной струи в условиях действия высокого давления для обработки заготовки, может быть в целом охарактеризована как выключающая режущую головку, имеющую сопло для выпуска струи текучей среды и собирающий приемник струи, установленный напротив сопла для приема струи текучей среды во время операции обработки заготовки. Собирающий приемник струи может включать в себя продолговатое впускное отверстие (например, овальное, прямоугольное), выровненное с направлением перемещения сопла для приема струи текучей среды из сопла в отклоненном состоянии во время операции обработки заготовки. Собирающий приемник струи может дополнительно включать в себя устройство отклонения струи, расположенное ниже по потоку от продолговатого впускного отверстия для получения и изменения направления движения части струи текучей среды, чтобы она падала на устройство отражения струи, расположенное выше устройства отклонения струи во время операции обработки заготовки. Устройство отражения струи и устройство отклонения струи могут быть сформированы в противоположных концах камеры для улавливания содержимого струи текучей среды и перенаправления содержимого струи текучей среды прочь из собирающего приемника струи во время операции обработки заготовки.
Собирающий приемник струи может быть выполнен с возможностью перемещения в пространстве согласованно с соплом таким образом, чтобы продолговатое впускное отверстие было выровнено с направлением перемещения сопла для приема струи текучей среды из сопла в отклоненном состоянии во время операции обработки заготовки.
Собирающий приемник струи может дополнительно включать в себя корпус с внутренней полостью и выпускным отверстием. Устройство отклонения струи, устройство отражения струи и внутренняя полость корпуса могут быть выполнены с возможностью совместного улавливания содержимого струи текучей среды и перенаправления содержимого струи текучей среды прочь из получающего приемника струи через выпускное отверстие во время операции обработки заготовки. Для перемещения согласованно с соплом собирающий приемник струи может быть присоединен жестким несущим кронштейном и жесткий несущий кронштейн может быть сформирован так, чтобы обеспечить зазоры поверхности заготовки между соплом и между собирающим приемником струи. Собирающий приемник струи может быть сконфигурирован с возможностью соединения и согласованного движения с соплом, по меньшей мере, в двух основных направлениях для облегчения обработки заготовок с продолговатым впускным отверстием в первом направлении резания и альтернативно с продолговатым впускным отверстием во втором направлении резания, перпендикулярном первому направлению резания.
В некоторых случаях, устройство отклонения струи и устройство отражения струи могут быть в виде одной или нескольких пленарных структур, имеющих твердость материала, равную или большую, чем твердость карбида вольфрама. В других вариантах осуществления устройство отражения струи может включать, по меньшей мере, одну плоскую конструкцию, выполненную из стали или алюминия. Устройство отклонения струи может быть съемно присоединено к корпусу, чтобы обеспечить возможность снятия и замены устройства отклонения струи в нижнем торце корпуса, и устройство отражения струи может быть съемно присоединено к корпусу, чтобы обеспечить возможность снятия и замены устройства отражения струи в верхнем торце корпуса.
В некоторых случаях, устройство отражения струи может содержать ряд перегородок, разнесенных друг от друга на регулярные или нерегулярные интервалы. В некоторых вариантах осуществления каждый из рядов перегородок может содержать материал, который является более мягким, чем материал устройства отклонения струи. Каждая перегородка ряда перегородок может включать продолговатое отверстие, в общем совмещенное с продолговатым впускным отверстием собирающего приемника струи. Начальный профиль продолговатого отверстия каждой перегородки может быть в пределах профиля продолговатого впускного отверстия собирающего приемника струи, спроецированного в направлении вниз по потоку. Начальная ширина продолговатого отверстия каждой перегородки может быть, по меньшей мере, на десять процентов меньше, чем ширина профиля поперечного сечения наиболее узкой части продолговатого впускного отверстия собирающего приемника струи. Каждая перегородка может быть легко удалена из собирающего приемника струи. Например, каждая перегородка может быть подвижно снята из собирающего приемника струи с наружной его стороны.
В некоторых случаях, собирающий приемник струи может включать в себя входной элемент подачи, отдельный от корпуса и разъемно присоединенный к нему. По меньшей мере, часть продолговатого впускного отверстия собирающего приемника струи может определяться отверстием входного элемента подачи. По меньшей мере, часть отверстия входного элемента подачи может быть вообще узкой или сужающейся в направлении вниз по потоку, чтобы получить воронкообразную струю текучей среды во время операции обработки заготовки. В некоторых случаях, часть корпуса может образовывать продолговатое впускное отверстие собирающего приемника струи, часть устройства отклонения струи и/или устройства отражения струи.
Порт обнаружения прорыва, являющийся важным достижением, может быть выполнен ниже устройства отклонения струи, чтобы оценить состояние, при котором струя текучей среды прорывается через устройство отклонения струи.
Согласно другим вариантам осуществления, способ захвата струи текучей среды, сформированной с помощью жидкоструйной системы высокого давления, может быть сформулирован как включающий:
- выпуск струи текучей среды из сопла жидкостной системы высокого давления через заготовку при перемещении сопла в первом направлении так, чтобы струя текучей среды отклонялась в зависимости от движения через заготовку;
- и пропускание отклоненной струи текучей среды через впускное отверстие собирающего приемника струи для соударения с устройством отклонения струи, которым снабжен собирающий приемник струи, для перенаправления, по меньшей мере, существенной части струи текучей среды для соударения с устройством отражения струи, расположенным в собирающем приемнике струи выше и напротив устройства отклонения струи.
Способ может дополнительно включать в себя улавливание содержимого отклоненной струи текучей среды между устройством отклонения струи и устройством отражения струи и направление захваченного содержимого отклоненной струи текучей среды прочь из собирающего приемника струи. Прохождение отклоненной струи текучей среды через впускное отверстие собирающего приемника струи может включать прохождение отклоненной струи текучей среды через впускное отверстие собирающего приемника струи для соударения с устройством отклонения струи таким образом, что, по крайней мере, основная часть струи текучей среды перенаправляется для соударения с устройством отражения струи.
Прохождение отклоненной струи текучей среды через впускное отверстие собирающего приемника струи может предусматривать пропускание отклоненной струи текучей среды через продолговатое впускное отверстие, которое, по существу, выровнено с первым направлением. Впускное отверстие собирающего приемника струи может быть продолговатым, и способ может дополнительно включать перемещение собирающего приемника струи в пространстве согласованно с соплом жидкоструйной системы высокого давления таким образом, чтобы продолговатое впускное отверстие собирающего приемника струи было выровнено по направлению движения сопла для получения струи текучей среды из сопла в отклоненном состоянии.
Краткое описание нескольких видов чертежей
На фиг. 1 представлен вид в изометрии системы жидкоструйной резки согласно одному варианту осуществления, имеющей жидкоструйную режущую головку, расположенную напротив собирающего приемника струи.
Фиг. 2 представляет собой вид в изометрии собирающего приемника струи в соответствии с одним вариантом осуществления, присоединенного к жидкоструйной режущей головке жидкоструйной режущей системы, показанной на фиг. 1, и расположенного напротив ее.
Фиг. 3 представляет собой вид разреза собирающего приемника струи на фиг. 2, сделанного по линии 3-3, с заготовкой, расположенной между собирающим приемником струи и соплом режущей головки.
Фиг. 4 представляет собой вид в изометрии разреза по линии 4-4 приведенного на фиг. 3 собирающего приемника струи, показанного отдельно от системы жидкоструйной резки, показанной на фиг. 1.
Фиг. 5 представляет собой вид в изометрии собирающего приемника струи, согласно другому варианту осуществления.
Фиг. 6 представляет собой вид в изометрии разреза по линии 5-5 собирающего приемника струи, показанного на фиг. 5.
Фиг. 7 представляет собой вид вертикального разреза по линии 5-5 собирающего приемника струи, показанного на фиг. 5, когда собирающий приемник струи соединен с соплом головки жидкоструйной резки и расположен напротив него, а заготовка расположена между ними.
Фиг. 8 представляет собой вид в изометрии собирающего приемника струи, согласно еще одному варианту осуществления.
Фиг. 9 представляет собой вид в изометрии разреза по линии 9-9 собирающего приемника струи, показанного на фиг. 8.
Фиг. 10 представляет собой вид в изометрии собирающего приемника струи, согласно еще одному варианту осуществления.
Фиг. 11 представляет собой вид в изометрии разреза по линии 11-11 собирающего приемника струи, показанного на фиг. 10.
Подробное описание
В нижеследующем описании, некоторые конкретные детали изложены для того, чтобы обеспечить полное понимание различных раскрытых вариантов осуществления. Тем не менее, обычному специалисту в данной области техники будет понятно, что варианты осуществления могут применяться на практике без одной или более из этих конкретных деталей. В других случаях, хорошо известные структуры, связанные с системами жидкоструйной резки и способами их функционирования, также не могут быть показаны или описаны подробно, чтобы избежать излишнего сокрытия описаний вариантов осуществления. Например, должно быть понятно обычным специалистам в данной области техники, что источник текучей среды высокого давления и источник абразива могут обеспечивать подачу текучей среды высокого давления и абразивов, соответственно, к режущей головке жидкоструйной систем, описанной здесь, чтобы обеспечить, например, резку заготовки водной струей с абразивом, имеющей высокой или сверхвысокое давление. В качестве другого примера, хорошо известные системы управления и компоненты привода могут быть применены в системах жидкоструйной резки для обеспечения перемещения режущей головки относительно обрабатываемой заготовки. Эти системы могут включать в себя компоненты привода для перемещения режущей головки относительно нескольких осей вращения и поступательного перемещения, как это принято обычно, например, в пятиосных системах гидроабразивной резки.
Пример жидкоструйных систем может включать головки жидкоструйной резки в сочетании с системой перемещения портального типа или системы перемещения с роботизированным плечом.
Если контекст не требует иного, во всем описании и формуле изобретения, которые следуют ниже, слово "содержать" и их вариации, такие как, "содержит" и "содержащий" должны толковаться в открытом включительно смысле, то есть как "включающий, но не ограничивающий."
Ссылка в данном описании на слова «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом воплощения, присущи, по меньшей мере, одному варианту осуществления. Таким образом, использование фраз «в одном варианте» или «в одном варианте осуществления» в различных местах по всему данному описанию не обязательно относятся к тому же самому варианту осуществления изобретения. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах осуществления.
Как используется в данном описании и прилагаемой формуле изобретения, особые формы английского языка "a", "an" и "the" включают множественные значения, если содержание четко не указывает иное. Следует также отметить, что термин "или" обычно использован в смысле "и/или", если из содержания явно не следует иное.
Варианты, описанные здесь, представляют собирающие приемники струи и системы жидкоструйной резки, включая соответствующие и связанные с ними способы, которые особенно хорошо приспособлены для приема в процессе обработки заготовки струи текучей среды высокого давления в отклоненном состоянии и захвата содержимого струи жидкости, отскакивающего из приемника. Варианты осуществления включают собирающий приемник струи, имеющий продолговатое впускное отверстие, выровненное с направлением движения сопла, чтобы получить из сопла струю жидкой среды в отклоненном состоянии. Собирающий приемник струи дополнительно включает в себя устройство отклонения струи, расположенное ниже по потоку от продолговатого впускного отверстия, чтобы получить и перенаправить часть струи жидкой среды для соударения с устройством отражения струи, расположенным выше устройства отклонения струи. Устройство отклонения струи и устройство отражения струи могут быть расположены относительно близко друг к другу и могут быть сконфигурированы для того, чтобы улавливать струю жидкой среды между ними и направлять вниз по потоку прочь из впускного отверстия.
Как здесь описано, термин режущая головка может относиться преимущественно к сборке компонентов на рабочем конце машины или системы жидкоструйной резки, и может включать, например, сопло системы жидкоструйной резки для формирования водяной струи высокого давления и окружающие структуры и устройства, соединенные непосредственно или опосредованно с ним, чтобы обеспечить согласованное с ним движение. Режущая головка также может рассматриваться как оконечный исполнительный механизм.
Фиг. 1 показывает пример варианта осуществления системы 10 жидкоструйной резки. Система 10 жидкоструйной резки может работать в непосредственной близости от опорной конструкции (не показана), которая выполнена для поддержки заготовки 14 (фиг. 3 и 7), подлежащей обработке с помощью системы 10. Опорная конструкция может быть жесткой структурой или перестраиваемой структурой, подходящей для размещения одной или более заготовок 14 (например, составные части летательных аппаратов) в положении, в котором они могут быть раскроены, обрезаны или иначе обработаны. Примеры подходящих опорных конструкций для заготовки включают те, которые показаны и описаны в заявке на патент США №12/324,719, принадлежащей фирме Flow International Corporation, поданной 26 ноября 2008 г. и опубликованной как US 2009/0140482, которая включена в настоящее описание во всей полноте посредством ссылки.
Система 10 жидкоструйной резки дополнительно включает в себя мостовую конструкцию 18, которая может перемещаться вдоль пары рельсов 20 основания. В процессе работы, мостовая конструкция 18 поступательно перемещается вдоль рельсов 20 основания назад и вперед по оси X поступательного перемещения для размещения режущей головки 22 системы 10 для обработки заготовки 14. Каретка 24 режущего инструмента подвижно соединена с мостовой конструкцией 18, чтобы поступательно перемещать ее туда и обратно вдоль другой оси Y поступательного перемещения, ориентированной перпендикулярно к оси X поступательного перемещения. Каретка 24 режущего инструмента дополнительно выполнена с возможностью подъема и опускания режущей головки 22 вдоль другой оси Z поступательного перемещения, чтобы перемещать режущую головку 22 к заготовке 14 и от нее. Одно или большее количество подвижных звеньев или элементов также могут быть предусмотрены в качестве промежуточных для режущей головки 22 и каретки 24 режущего инструмента, чтобы обеспечить дополнительную функциональность.
Например, система 10 может включать в себя рычаг предплечья, соединенный с возможностью вращения с кареткой 24 режущего инструмента для поворота режущей головки 22 вокруг первой оси вращения, и рычаг запястья, соединенный с возможностью вращения с рычагом предплечья для поворота режущей головки 22 вокруг другой оси вращения, которая не параллельна вышеупомянутой оси вращения. В сочетании оси вращения рычага запястья и рычага предплечья могут позволить режущей головке 22 двигаться в широком диапазоне ориентаций относительно заготовки 14, чтобы облегчить, например, резку сложных профилей. Оси вращения могут сходиться в фокальной точке, которая, в некоторых вариантах может быть смещена от конца или наконечника сопла 40 режущей головки 22. Конец или наконечник сопла 40 режущей головки 22 предпочтительно расположен на необходимом установочном расстоянии от обрабатываемой заготовки 14. Установочное расстояние может выбираться или поддерживаться в соответствии с требуемым значением для оптимизации производительности резки водной струей.
Во время работы движение режущей головки 22 по отношению к осям X, Y, Z поступательного перемещения и одной или более осям вращения А (фиг. 2) может быть достигнуто различными традиционными приводными компонентами и соответствующей системой 28 управления (фиг. 1). Например, методы и системы управления для машин жидкоструйной резки, которые включают, например, машины с числовым программным управлением (ЧПУ), функционально описаны в принадлежащем фирме Flow International Corporation патенте США №6766216, который включен сюда посредством ссылки во всей своей полноте. В общем, процессы автоматизированного производства (САМ) могут быть использованы, чтобы эффективно управлять и перемещать режущую головку машины жидкоструйной резки по указанному пути, например, путем использования двумерных или трехмерных моделей обрабатываемых деталей, формируемых с использованием системы автоматизированного проектирования (т.е. CAD модели), которые будут использоваться для генерации кода для привода машины. Например, в некоторых случаях, CAD модель может быть использована для формирования инструкций по управлению движением соответствующих органов управления и двигателей машин жидкоструйной резки для движения режущей головки относительно различных осей поступательного перемещения и/или осей вращения для резки или обработки заготовки, как это отражено в CAD модели.
Другие известные системы, относящиеся к системам жидкоструйной резки, также могут быть снабжены, например, источником жидкости высокого или сверхвысокого давления (например, с прямым приводом и ускорительными насосами с рабочим параметрам давления в пределах от 40000 фунтов на квадратный дюйм до 100000 фунтов на квадратный дюйм и выше) для подачи жидкости под высоким или сверхвысоким давлением к режущей головке 22 и/или источником абразива (например, бункер для абразива и система распределения) для подачи абразивных материалов в режущую головку 22 для обеспечения возможности гидроабразивной резки. В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено вакуумное устройство, чтобы способствовать втягиванию абразивов в жидкость от источника жидкости для получения консистентной гидроабразивной струи для особенно точной и эффективной обработки заготовки. Подробная информация о системе управления, обычных компонентах привода и других известных систем, связанных с системами жидкоструйной резки, однако, не показаны и не описаны подробно, чтобы избежать излишнего сокрытия описаний вариантов осуществления.
Кроме того, хотя система 10 жидкоструйной резки, приведенная в качестве примера на фиг. 1, показана включающей в себя мостовую конструкцию 18 или систему движения портальных типа, следует понимать, что варианты осуществления устройств собирающих приемников струи жидкости, описываемые здесь, могут быть использованы в совокупности со множеством различных известных систем перемещения, в том числе, например, с роботизированными манипуляторами, которые могут перемещаться относительно множества осей вращения и/или осей поступательного перемещения для позиционирования режущей головки и связанного с ней собирающего приемника струи жидкости в широком диапазоне положений и ориентаций. Еще дополнительно, в некоторых случаях, системы жидкоструйной резки могут иметь стационарную режущую головку, в которых заготовка перемещается под ее соплом и в которых собирающий приемник струи жидкости установлен напротив сопла.
Если обратиться к фиг. 2, то сопло 40 может выступать из рабочего конца режущей головки 22. Как это обычно бывает у традиционных систем жидкоструйной резки, сопло 40 может включать в себя диафрагменное отверстие (не показано), такое как диафрагменное отверстие из драгоценного камня, через которое жидкость проходит во время работы, чтобы формировать струю текучей среды для обработки заготовки 14. Собирающий приемник 50 струи, в соответствии с одним примером варианта осуществления, соединен с режущей головкой 22 для согласованного перемещения с ней во время резки или других операций обработки. Собирающий приемник 50 струи удерживается смещенным от конца сопла 40, чтобы обеспечить зазор 52 для приема заготовки 14 (фиг. 3 и 7) между соплом 40 и собирающим приемником 50 струи. В некоторых вариантах осуществления собирающий приемник 50 струи, например, может удерживаться жестким опорным кронштейном 60, в которых один конец 62 кронштейна 60 прикреплен к режущей головке 22, а другой конец 64 кронштейна 60 прикреплен к собирающему приемнику 50 струи. Конец 64 кронштейна 60, прикрепленный к собирающему приемнику 50 струи, может быть прикреплен к собирающему приемнику 50 струи, например, с помощью держателя 66 или другого промежуточного элемента, как показано на фиг. 2. Собирающий приемник 50 струи может быть прикреплен к держателю 66 посредством крепежных деталей 68, входящих в зацепление с резьбовыми отверстиями на монтажной поверхности приемника 50. Собирающий приемник 50 струи может быть выполнен с возможностью присоединения к режущей головке 22 и согласованного движения с ней, по меньшей мере, в двух различных направлениях для облегчения обработки заготовок в различных основных направлениях. Например, приемник 50 может быть присоединен к режущей головке 22 в первой ориентации для резания вперед и назад и во второй ориентации для резания вверх и вниз.
Режущая головка 22, опорный кронштейн 60 и собирающий приемник 50 струи определяют жесткий узел 70 режущей головки в сборе во время работы. Жесткий опорный кронштейн 60 может иметь такую форму, чтобы обеспечить относительно большой зазор 52 для облегчения процесса обработки заготовок 14, имеющих выступающие фланцы или другие элементы, которые в противном случае могли бы помешать узлу 70 режущей головки во время операций обработки заготовки. Удобно то, что кронштейн 60 может также облегчить разводку различных трубопроводов или других устройств для обеспечения возможности определенной функциональности систем 10, описанных здесь. Например, жидкостные трубопроводы 72 могут быть протянуты в пределах или вдоль кронштейна 60 к соответствующим фитингам или переходникам на режущей головке 22, чтобы поставлять жидкость и/или абразивы к режущей головке 22 во время работы.
Дальнейшие подробности конструкции собирающего приемника 50 струи теперь будут представлены со ссылкой на фиг. 3 и 4. Как лучше всего показано на фиг. 4, собирающий приемник 50 струи может включать в себя корпус 80, имеющий боковые стенки 82a-82d и внутреннюю полость 84. Корпус 80 снабжен впускным отверстием 86, чтобы обеспечить доступ внутрь полости 84. Впускное отверстие 86 может быть продолговатым в направлении движения Т режущей головки 22 и собирающего приемника 50 струи в тех вариантах воплощения, где заготовка 14 поддерживается статическим образом, а режущая головка 22 и собирающий приемник 50 струи перемещаются в пространстве относительно ее.
В некоторых вариантах осуществления впускное отверстие 86 содержит удлиненную диафрагму, такую, как, например, узкий удлиненный овал или диафрагму прямоугольной формы, которая позволяет струе 42, выпускаемой из сопла 40 режущей головки 22, поступать в корпус 80 в начальном состоянии, когда она в основном коллинеарна соплу 40, а также в отклоненном состоянии, которое вызвано прохождением через заготовку 14 в процессе операций обработки, когда режущая головка 22 двигается в направлении Т перемещения. В некоторых вариантах осуществления впускное отверстие 86 собирающего приемника 50 струи имеет поперечное сечение впускного профиля, которое является овалом с большой осью поперечного сечения впускного профиля, по меньшей мере, на пятьдесят процентов большей, чем малая ось поперечного сечения впускного профиля. Впускное отверстие 86 может быть немного шире, чем струя 42 для обеспечения возможности струе беспрепятственно поступать в корпус 80, что способствует предотвращению или уменьшению обратного распыления или обратного разбрызгивания. В других случаях, впускное отверстие может быть сформировано полностью или частично струей 42 путем резки, вытравливания или иного воздействия на корпус 80, или на компоненты, поддерживаемые им, в процессе начального периода приработки.
Собирающий приемник 50 струи может быть соединен с режущей головкой 22 таким образом, что ось В сопла 40 выровнена с передним концом впускного отверстия 86. Соответственно, во время работы, струя 42 жидкости может поступать во впускное отверстие 86 на переднем конце в не отклоненном состоянии и далее веером по направлению к противоположному концу впускного отверстия 86 в отклоненном состоянии, когда струя 42 разрезает заготовку 14 при движении в направление Т перемещения. Собирающий приемник 50 струи может перемещаться в пространстве согласованно с соплом 40 так, чтобы впускное отверстие 86 оставалось в общем выровненным с направлением Т перемещения сопла 40, чтобы получить струю 42 жидкости из сопла 40 в отклоненном состоянии на протяжении всего процесса резания. Величина отклонения струи 42, будет зависеть от множества факторов, в том числе, в частности, от скорости перемещения и толщины и твердости разрезаемого материала, наряду с другими свойствами.
Выпускной канал или выпускное отверстие 88 также имеется внутри корпуса 80, с тем чтобы содержимое струи 42, захваченное собирающим приемником 50 струи было направлено из корпуса 80, чтобы выбросить, переработать и/или повторно использовать как требуется. В варианте осуществления собирающего приемника 50 струи, показанном на фиг. 3 и 4, выпускное отверстие 88 расположено на одной из боковых стенок 82d. Более конкретно, выпускное отверстие 88 расположено на боковой стенке 82d, которая находится на задней стороне получающего приемника 50 струи по отношению к направлению Т перемещения. Хотя только одно выпускное отверстие 88 показано на фиг. 3 и 4, в других вариантах осуществления более, чем одно выпускное отверстие 88 могут быть предусмотрены на одной или нескольких боковых стенках 82a-d и использоваться отдельно или одновременно, чтобы направлять содержимое захваченной струи 42 из собирающего приемника 50 струи.
Согласно дальнейшей ссылки на фиг. 3 и 4, корпус 80 выполнен с возможностью размещения устройства 90 отклонения струи ниже по потоку от впускного отверстия 86 для приема и перенаправления части поступающей струи 42 так, чтобы она падала на устройство 92 отражения струи, расположенное над устройством 90 отклонения струи, во время операции обработки заготовки. Для этой цели корпус 80 может включать в себя нижнюю часть 94 корпуса с полостью 96 для размещения и жесткой установки устройства 90 отклонения струи и верхнюю часть 98 корпуса с полостью 100 для размещения и жесткой установки устройства 92 отражения струи.
Например, как показано на фиг. 3 и 4, нижняя часть 94 корпуса может быть снабжена полостью 96, которая имеет такие размеры и форму, чтобы установить устройство 90 отклонения струи в виде плоской конструкции, такой как, например, плоский диск. Устройство 90 отклонения струи может быть съемно установлено внутри полости 96 нижней части 94 корпуса, например, с помощью установочного винта 102 или другого устройства. Таким образом, устройство 90 отклонения струи может быть легко удалено из корпуса 80 и заменено, когда устройство 90 отклонения струи становится чрезмерно изношенным из-за падающей на него струи 42. Боковые стенки 82a-d корпуса 80 могут обеспечивать ограничение или прекращение действия устройства 90 отклонения струи при установке в корпусе 80. В некоторых вариантах осуществления устройство 90 отклонения струи может содержать карбид вольфрама или материалы со сравнимой или большей твердостью, чтобы продлить срок службы устройства 90 отклонения струи. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления оно может иметь твердость материала, равную или большую, чем твердость карбида вольфрама (~9 по шкале Мооса, 1700-2400 по Виккерсу).
Как показано на фиг. 3 и 4, верхняя часть 98 корпуса может быть снабжена полостью 100, которая приспособлена для размещения и установки устройства 92 отражения струи в виде ряда перегородок 106a-d. Перегородки 106a-d могут быть съемно закреплены в верхней части 98 корпуса, например, путем введения их в ряды приемных пазов или отсеков 108, соответствующих по размеру и форме. Таким образом, перегородки 106a-d могут быть обычным способом по отдельности или все сразу удалены из корпуса 80 и заменены, когда перегородки 106a-d становятся чрезмерно изношены действием струи 42, проходящей через перегородки 106a-d и/или отражающейся перегородками 106a-d после отклонения устройством 90 отклонения струи. В некоторых случаях, ряд перегородок 106a-d может скользящим перемещением выниматься из собирающего приемника 50 струи наружу. Боковые стенки 82a-d корпуса 80 могут обеспечивать ограничение или прекращение действия перегородок 10ба-d при установке в корпусе 80. В некоторых вариантах осуществления перегородки 106a-d могут содержать материал, который является более мягким, чем у устройства 90 отклонения струи, которое отклоняет поступающую струю для соударения с перегородками 106a-d. Например, перегородки 106a-d могут содержать алюминий или сталь, а устройство 90 отклонения струи может содержать карбид вольфрама или другие материалы с более высокой твердостью.
Согласно дальнейшей ссылки на фиг. 3 и 4, каждая из перегородок 106a-d может включать в себя диафрагму 110 для струи, которая может иметь размеры и форму, подобные впускному отверстию 86, чтобы обеспечивать возможность прохождения через них струи 42 практически беспрепятственно, но одновременно экранирования содержимого струи 42 от отражения обратно вверх по потоку и наружу из собирающего приемника 50 струи. В некоторых вариантах осуществления диафрагма 110 струи предварительно выполнена в каждой перегородке 106a-d. В других вариантах осуществления диафрагма 110 струи каждой перегородки 106a-d может быть сформирована струей 42 в течение начальной стадии обработки или начальной приработки. В некоторых вариантах осуществления начальный профиль апертуры 110 струи каждой перегородки 106a-d соответствует профилю впускного отверстия 86 собирающего приемника 50 струи, проецируемому в направлении вниз по потоку. В некоторых вариантах осуществления, начальная ширина апертуры 110 струи каждой перегородки 106a-d, по меньшей мере, на десять процентов меньше, чем ширина самой узкой части профиля поперечного сечения впускного отверстия 86 собирающего приемника 50 струи.
Перегородки 106a-d могут быть разнесены друг от друга с регулярными или нерегулярными интервалами, чтобы создать ряды отсеков или камер 112 в пределах верхней части 98 корпуса, которые могут существенно заглушить или уменьшить рабочие шумы, а также способствовать минимизации или предотвращению распыления назад или обратного разбрызгивания. Перегородки 106a-d могут завершить замыкание задней боковой стенки 82d собирающего приемника 50 струи таким образом, чтобы камеры 112 находились во взаимосвязи по текучей среде с общим пространством 116 между рядами перегородок 106a-d и боковой стенкой 82d. Это может облегчить направление содержимого струи 42, которое может быть захвачено в камерах 112, к общему пространству 116 и, в конечном счете, к выпускному отверстию 88.
I
Со ссылкой на фиг. 3 и 4, нижняя по потоку перегородка 106d, как правило, параллельна и смещена относительно устройства 90 отклонения струи для создания, в сочетании с боковыми стенками 82a-d корпуса 80, ловушки для приема струи 42, выпускаемой из сопла 40 во время операции обработки заготовки. Типичная траектория R струи 42 через ловушку показана на фиг. 3. Траектория P иллюстрирует характер струи 42, находящейся в отклоненном состоянии, когда она выходит из заготовки 14, входит во впускное отверстие 86, проходит через отверстия 110 струи в перегородках 106a-d и движется по направлению к ловушке. После прохождения через перегородки 106a-d струя 42 воздействует на устройство 90 отклонения струи и отклоняется таким образом, что значительная часть или преобладающая часть содержимого струи 42 двигается назад по направлению к верхней части 98 корпуса для соударения преимущественно с нижней по потоку перегородкой 106d, которая расположена выше отклоняющего устройства 90 струи. Структура нижней по потоку перегородки 106d, однако, по существу, препятствует продолжению движения струи к впускному отверстию 86, а вместо этого отводит преломленного струю в основном от впускного отверстия 86 для последующего выпуска через выпускное отверстие 88.
В некоторых вариантах осуществления, значительная часть или преобладающая часть содержимого струи 42 отклоняется устройством 90 отклонения струи так, чтобы она попадала непосредственно на устройство 92 отражения струи, не сталкиваясь с какими-либо промежуточными структурами. В некоторых вариантах осуществления, значительная часть или преобладающая часть содержимого струи 42 отклоняется устройством 90 отклонения струи так, чтобы она попадала непосредственно на устройство 92 отражения струи в непосредственной близости от отверстия 110 струи нижней по потоку перегородки 106d.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что указания вида «выше по потоку» и «ниже по потоку» в описаниях, приведенных выше, использованы, как правило, чтобы указать направление относительно входящей струи 42, которая первоначально поступает из сопла 40 вдоль оси В, показанной на фиг. 3. Ниже по потоку, таким образом, обычно соответствует направлению выбрасываемой струи 42, движущейся от впускного отверстия 86 вдоль оси В, и выше по потоку соответствует противоположному направлению. Будет также понятно, однако, что выше по потоку и ниже по потоку являются относительными позиционными терминами, которые зависят от траектории протекания жидкости, то есть выше по потоку, когда ближе к источнику жидкости, и ниже по потоку, когда дальше от источника.
t
t
t
t
t
t
t
В некоторых вариантах осуществления, высота H ловушки, образованной между нижней по потоку перегородкой 106d и устройством 90 отклонения струи, меньше, чем длина L ловушки. Кроме того, ширина W ловушки может быть меньше, чем длина L ловушки. В некоторых вариантах осуществления, как высота H, так и ширина W ловушки, по крайней мере, на тридцать процентов меньше, чем длина L ловушки, тем самым определяя в целом протяженность ловушки. Ловушка может быть вытянута в направлении от передней боковой стенки 82а собирающего приемника 50 струи к задней боковой стенке 82d. В некоторых случаях, ловушка может образовывать тонкий удлиненный прямоугольный объем или овальную колонку, которые удлинены в направлении Т перемещения. Однако, независимо от конкретных размеров и формы ловушки ловушка обеспечивает согласованность конструкции (т.е. отклоняющего устройства 90 струи и устройства 92 отражения струи) на противоположных концах камеры, которая совместно улавливает в основном целиком содержимое струи 42 жидкости в относительно ограниченном пространстве и направляет содержимое в направлении выпускного отверстия 88. Согласно некоторым вариантам, ловушка может быть свободна от исключения содержимого струи 42. В других вариантах осуществления устройство замедления струи или рассеивания энергии (не показано) может быть снабжено ловушкой для дальнейшего рассеивания энергии поступающей струи 42, предшествующего ее выпуску из собирающего приемника 50 струи.
Корпус 80 собирающего приемника 50 струи может содержать множество отдельно соединенных компонентов корпуса. Например, как показано в примере осуществления на фиг. 3 и 4, корпус 80 может содержать три основных компонента и ряд прокладок 119, которые объединяются вместе, чтобы сформировать внутреннюю полость 84 и поддерживать в нем устройство 90 отклонения струи и устройство 92 отражения струи. Более конкретно, основной элемент 120 корпуса, покрывающий элемент 122, боковая крышка 124 и ряд прокладок 119 могут быть соединены вместе одним или несколькими крепежными элементами 126, 128 или другими устройствами. Основной элемент 120 корпуса и прокладки 119 могут быть соединены вместе, чтобы сформировать или содержать ряд пазов или других принимающих элементов для съемной установки перегородок 106a-d. Покрывающий элемент 122 может включать в себя впускное отверстие 86, выполненное в нем, и может быть съемно соединен с прокладками 119 и основным элементом 120 корпуса, чтобы обеспечить доступ к внутренней полости 84. Боковая крышка 124 может закрывать задний торец приемника 50 и герметично входит в зацепление с покрывающим элементом 122, основным элементом 120 корпуса и прокладками 119, чтобы сформировать корпус 80. Боковая крышка 124 может включать в себя выпускное отверстие 88 и резьбовое соединение или другой соединительный элемент для формирования выпускного патрубка или переходника 130 для присоединения корпуса 80 к выпускному трубопроводу (не показан) для направления содержимого струи текучей среды из приемника 50, как показано стрелкой, обозначенной 132. Понятно, однако, что в других вариантах осуществления корпус 80 может включать в себя больше или меньше компонентов. Например, в некоторых вариантах осуществления корпус 180 может быть отлит или иным образом выполнен в виде единой монолитного части.
Фиг. 5-7 иллюстрируют другой пример осуществления собирающего приемника 150 струи, который выполнен с возможностью соединения с жидкоструйной режущей головкой 22 системы 10 жидкоструйной резки на фиг. 1 и расположен напротив ее, чтобы получить струю как в не отклоненном, так и в отклоненном состояниях во время операций резки.
Как показано на фигурах 5-7, собирающий приемник 150 струи может включать в себя корпус 180, имеющий боковые стенки 182a-d и внутреннюю полость 184. Впускное отверстие 186 выполнено в корпусе 180, чтобы обеспечить доступ во внутреннюю полость 184. Впускное отверстие 186 может быть продолговатым в направлении Т движения (фиг. 6 и 7) режущей головки 22 и собирающего приемника 150 струи в вариантах осуществления, в которых заготовка 14 установлена статическом образом, а режущая головка 22 и собирающий приемник 150 струи перемещаются в пространстве относительно ее. В некоторых вариантах осуществления впускное отверстие 186 является узкой продолговатой диафрагмой овальной или прямоугольной формы, которая позволяет струе 42, выпускаемой из сопла 40 режущей головки 22, поступать в корпус 80 в исходном состоянии, которое, в основном, коллинеарно с соплом 40, и в отклоненном состоянии, которое вызвано прохождением струи 42 через заготовку 14 в процессе операций обработки при движении в направлении Т.
Впускное отверстие 186 может быть выполнено в виде отдельного впускного элемента 232 подачи, который соединен с корпусом 180. Впускной элемент 232 подачи может быть съемно соединен с корпусом 180 внутри его полости 187 и закреплен в ней установочным винтом 234 или другим устройством. Впускное отверстие 186 может быть сформировано с помощью проходного отверстия 236, проходящего через впускной элемент 232 подачи. По меньшей мере, часть проходного отверстия 236 может сужаться в направлении вниз по потоку для формирования приемной поверхности 238 струи, которая сужает или конически сужает к воронке содержимое струи 42 вниз по потоку. Каждое из верхних и нижних профилей поперечного сечения проходного отверстия 236, которые формируют впускное отверстие 186, могут быть овальными и удлиненными в направлении Т движения, причем нижний по потоку конец проходного отверстия 236 выполнен меньшим, чем верхний по потоку конец проходного отверстия 236. Хотя впускное отверстие 186, показанное на фиг. 5-7, изображено имеющим удлиненный овальный профиль в поперечном сечении, который сужается в направлении вниз по потоку, следует понимать, что в других вариантах осуществления, профиль поперечного сечения может иметь различные формы и может изменяться по длине проходного отверстия 236.
Например, в одном варианте воплощения, впускное отверстие 186 может иметь профиль в основном круглого поперечного сечения, которое сужается в направлении вниз по потоку, чтобы сформировать коническую приемную поверхность. Части впускного отверстия 186 могут также включать в себя секции с прямыми стенками или секции, которые сужаются в направлении вниз по потоку. Впускные элементы 232 подачи, имеющие различные конфигурации впускного отверстия, могут быть установлены в корпусе 180 с возможностью взаимной замены, чтобы облегчить различные действия при резке.
Как можно увидеть на фиг. 7, собирающий приемник 150 струи может быть соединен с режущей головкой 22 таким образом, чтобы ось В сопла 40 выровнена с передним краем впускного отверстия 186. Соответственно, во время работы, струя 42 жидкости может поступать во впускное отверстие 186 вблизи переднего края в не отклоненном состоянии и веером распространяться по направлению к противоположному краю впускного отверстия 186 в отклоненном состоянии, когда струя жидкости разрезает заготовку 14 при движении в направлении Т перемещения. Собирающий приемник 150 струи может перемещаться в пространстве согласованно с соплом 40 так, чтобы впускное отверстие 186 было в основном выровнено с направлением Т перемещения сопла 40 так, чтобы получить струю 42 жидкости из сопла 40 в отклоненном состоянии на протяжении всего процесса резания. Величина отклонения будет зависеть от множества факторов, в том числе, в частности, от скорости перемещения и от материала в части его толщины и твердости, наряду с другими свойствами.
Выпускной канал или выпускное отверстие 188 также выполнено в корпусе 180 для обеспечения возможности выхода из корпуса 180 содержимого струи 42, захваченного собирающим приемником 150 струи, для утилизации, переработки и/или повторного использования, как это требуется. В варианте осуществления собирающего приемника 150 струи, показанном на фиг. 5-7, выпускное отверстие 188 расположено на одной из боковых стенок 182d. Более конкретно, выпускное отверстие 188 расположено на боковой стенке 182d, которая расположена на задней стороне собирающего приемника 150 струи по отношению к направлению Т перемещения. Хотя на фиг. 5-7 показано только одно выпускное отверстие 188, в других вариантах осуществления более одного выпускных отверстий 188 может быть выполнено в одной или нескольких боковых стенках 182a-d и использовано по отдельности или совместно для направления содержимое захваченной струи 42 из собирающего приемника 150 струи.
Согласно дальнейшей ссылки на фиг. 5-7, корпус 180 выполнен с возможностью размещения устройства 190 отклонения струи ниже по потоку от впускного отверстия 186 для приема и перенаправления части струи 42 для соударения с устройством 192 отражения струи, расположенным выше устройства 190 отклонения струи, во время операций обработки заготовки. Для этой цели корпус 180 может включать в себя нижнюю часть 194 корпуса с полостью 196 для размещения и жесткой установки устройства 190 отклонения струи и верхнюю часть 198 корпуса с полостью 200 для размещения и жесткой установки устройства 192 отражения струи.
Как показано на фиг. 6 и 7, нижняя часть 194 корпуса может быть снабжена полостью 196, размеры и форма которой обеспечивают возможность установки устройства 190 отклонения струи в виде ряда плоских элементов, таких как, например, пара плоских пластин. Устройство 190 отклонения струи может быть съемно установлено в полости 196 в нижней части 194 корпуса, например, путем зажатия устройства 190 отклонения струи между частями корпуса 180. Более конкретно, устройство 190 отклонения струи может быть съемно зажато между основным элементом 202 корпуса и торцевой крышкой 204 корпуса 180. Таким образом, устройство 190 отклонения струи может быть удобно удалено из корпуса 180 и заменено, когда устройство 190 отклонения струи становится чрезмерно изношенным от воздействия падающей на него струи 42. Боковые стенки 182a-d корпуса 180 могут ограничивать или фиксировать устройство 190 отклонения струи при установке в корпусе 180. В некоторых вариантах осуществления устройство 190 отклонения струи может включать в себя множество сложенных пластин, изготовленных из карбида вольфрама или материалов со сравнимой или большей твердостью, чтобы продлить срок службы устройства 190 отклонения струи.
Как показано на фиг. 6 и 7, камера 240 обнаружения прорыва и связанный с ней порт 242 обнаружения прорыва могут быть предусмотрены ниже устройства 190 отклонения струи, чтобы определить состояние, при котором струя 42 пробивает устройство 190 отклонения струи. Сигнал может быть предусмотрен в случае состояния прорыва, чтобы свидетельствовать о необходимости замены устройства 190 отклонения струи, или его частей, или их компонентов. В некоторых вариантах осуществления, система 10 может управляться для прекращения резания или выключения ее в ответ на состояние прорыва.
Как показано на фиг. 6 и 7, верхняя часть 198 корпуса может быть снабжена полостью 200, которая выполнена с возможностью размещения и установки устройства 192 отражения струи в виде плоской структуры, такой, как пластина или диск. Устройство 192 отражения струи может быть съемно соединено с верхней частью 198 корпуса, например, путем зажатия устройства 192 отражения струи между частями корпуса 180. Например, устройство 192 отражения струи может быть зажато между основным элементом 202 корпуса и торцевой крышкой 208 корпуса 180. Таким образом, устройство 192 отражения струи может быть удобно удалено из корпуса 180 и заменено, когда устройство 192 отражения струи становится чрезмерно изношенным струей 42, проходящей через устройство 192 отражения струи и/или отражающейся от устройства 192 отражения струи после отклонения устройством 190 отклонения струи. В некоторых случаях, устройство 192 отражения струи может быть выполнено с возможностью скользящего извлечения из собирающего приемника 150 струи с наружной его стороны.
Боковые стенки 182a-d корпуса 180 могут обеспечивать ограничение или фиксацию устройства 192 отражения струи при установке в корпусе 180. В некоторых вариантах осуществления устройство 192 отражения струи может содержать материал, который является таким же или похожим на материал устройства 190 отклонения струи, которое отклоняет поступающую струю для отражения устройством 192 отражения струи. Например, устройство 192 отражения струи и устройство 190 отклонения струи могут содержать карбид вольфрама или материалы, имеющие сравнимую или большую твердость.
Согласно дальнейшей ссылки на фиг. 6 и 7, устройство 192 отражения струи может включать в себя диафрагму 210 струи, которая по размерам и форме подобна выходной части впускного отверстия 186, чтобы обеспечивать возможность прохождения через ее струи 42 практически беспрепятственно, но одновременно экранирования содержимого струи 42 от отражения обратно вверх по потоку и наружу из собирающего приемника 150 струи. В некоторых вариантах, профиль диафрагмы 210 струи устройства 192 отражения струи несколько больше, чем первоначальный профиль наиболее узкой части впускного отверстия 186 собирающего приемника 150 струи. В некоторых вариантах осуществления, профиль диафрагмы 210 струи устройства 192 отражения струи является примерно таким же по размерам и форме, как наиболее узкая часть впускного отверстия 186 собирающего приемника 150 струи. Диафрагма 210 струи устройства 192 отражения струи может формировать часть впускного отверстия 186 собирающего приемника 150 струи.
2
2
Согласно дальнейшей ссылки на фиг. 6 и 7, устройство 192 отражения струи, как правило, параллельно и смещено относительно устройства 190 отклонения струи для создания совместно с боковыми стенками 182a-d корпуса 180 ловушки для захвата струи 42, выпускаемой из сопла 40 в процессе операции обработки заготовки. Траектория Р движения струи 42 через ловушку показана на фиг. 7. Траектория Р показывает особенности струи 42 в отклоненном состоянии, когда она выходит из заготовки 14, входит во впускное отверстие 186, проходит через диафрагму 210 струи в устройство 192 отражения струи и перемещается к ловушке. После прохождения через устройство 192 отражения струи струя 42 соударяется с устройством 190 отклонения струи и отклоняется таким образом, чтобы значительная часть или основная часть струи двигалась назад по направлению к верхней части 198 корпуса для соударения с устройством 192 отражения струи, расположенным выше устройства 190 отклонения струи. Конструкция устройства 192 отражения струи, однако, по существу, препятствует продолжению движения струи 42 по направлению к впускному отверстию 186, а вместо этого, в основном, отводит преломленную струю 42 от впускного отверстия 186 для последующего сброса через выпускное отверстие 188.
В некоторых вариантах осуществления, значительная часть или основная часть содержимого струи 42 отклоняется устройством 190 отклонения струи так, чтобы она попадала непосредственно на устройство 192 отражения струи, не встречая каких-либо промежуточных элементов. В некоторых вариантах осуществления значительная часть или основная часть содержимого струи 42 отклоняется устройством 190 отклонения струи так, чтобы она попадала прямо на устройство 192 отражения струи в непосредственной близости от диафрагмы 210 струи устройства 192 отражения струи.
t
t
t
t
t
t
t
В некоторых вариантах осуществления высота H ловушки, образованной между устройством 192 отражения струи и устройством 190 отклонения струи меньше длины L ловушки. Кроме того, ширина W ловушки может быть меньше, чем длина L ловушки. В некоторых вариантах осуществления как высота H, так и ширина W ловушки, по крайней мере, на тридцать процентов меньше, чем длина L ловушки, тем самым, определяя в целом протяженную форму ловушки. Ловушка может быть вытянута в направлении от передней боковой стенки 182а собирающего приемника 150 струи к задней боковой стенке 182d. В некоторых случаях ловушка может образовывать узкий продолговатый, в основном, прямоугольный объем или овальную колонку, которые удлинены в направлении Т движения. Независимо от размеров и формы ловушки, однако, ловушка обеспечивает согласованность конструкции (т.е. отклоняющего устройства 190 струи и устройства 192 отражения струи) на противоположных концах камеры, которая совместно улавливает в основном целиком содержимое струи 42 жидкости в относительно ограниченном пространстве и направляет содержимое в направлении выпускного отверстия 188.
Согласно некоторым вариантам, ловушка может быть свободна от исключения содержимого струи 42. В других вариантах осуществления устройство замедления струи или рассеивания энергии (не показано) может быть снабжено ловушкой для дальнейшего рассеивания энергии поступающей струи 42, предшествующего ее выпуску из собирающего приемника 150 струи.
Корпус 80 собирающего приемника 150 струи может содержать множество отдельно соединенных компонентов корпуса. Например, как показано в примере осуществления на фиг. 5-7, корпус 180 может содержать три отдельных элемента, которые объединены вместе для образования внутренней полости 184 и установки в нем устройства 190 отклонения струи и устройства 192 отражения струи. Более конкретно, основной элемент 202 корпуса и противоположные торцевые крышки 204 и 208 могут быть соединены вместе одним или несколькими крепежными элементами 226 или другими устройствами.
Основной элемент 202 корпуса может включать в себя боковые стенки 182a-d и образовывать, по меньшей мере, часть внутренней полости 184. Кроме того, основной элемент 202 корпуса может содержать выпускное отверстие 188 и резьбовое соединение или другой соединительный элемент, как, например, ступенчатую секцию, для установки выпускного патрубка или переходника 230 для присоединения корпуса 180 к выпускному трубопроводу (не показан) для направления содержимого струи 42 текучей среды от приемника 150, как показано стрелкой 233.
Верхняя торцевая крышка 208 может закрывать входной торец приемника 150 и может включать в себя полость 187 для съемной установки впускного элемента 232 подачи, имеющего впускное отверстие 186, образованное в нем. Кроме того, верхняя торцевая крышка 208 может быть съемно соединена с основным элементом 202 корпуса, чтобы обеспечить доступ к внутренней полости 184 и устройству 192 отражения струи. Аналогичным образом нижняя торцевая крышка 204 может закрывать выходной торец приемника 150 и может включать в себя порт 242 обнаружения прорыва и полость, которая образована, по меньшей мере, частью камеры 240 для обнаружения прорыва в собранном корпусе 180. Кроме того, нижняя торцевая крышка 204 может быть съемно соединена с основным элементом 202 корпуса, чтобы обеспечить доступ к внутренней полости 184 и устройству 190 отклонения струи. Следует понимать, однако, что в других вариантах осуществления корпус 180 может включать в себя большее или меньшее количество элементов. Например, в некоторых вариантах осуществления корпус 180 может быть отлит или другим способом выполнен в виде единой монолитной части.
Необходимо также отметить, что в некоторых вариантах осуществления часть корпуса 180, например, нижняя торцевая крышка 204, может функционировать в качестве отклоняющего устройства 190 струи и часть корпуса 180, например, верхняя торцевая крышка 208, может функционировать в качестве устройству 192 отражения струи. В таких вариантах осуществления торцевые крышки 204 и 208 могут содержать относительно твердый материал, такой, как, например, карбид вольфрама или подобный.
Необходимо понимать, что, согласно некоторым вариантам осуществления, часть корпуса 180 может образовать, по меньшей мере, часть впускного отверстия 186 вместо, в том числе, отдельного впускного элемента 232 подачи. Например, фиг. 8 и 9 иллюстрируют другой вариант осуществления собирающего приемника 250 струи, где впускное отверстие 286 формируется непосредственно в части корпуса 280. Более конкретно, собирающий приемник 250 струи содержит корпус 280, имеющий основной элемент 302 корпуса, расположенный между противоположными торцевыми крышками 304 и 308. Верхняя торцевая крышка 308 содержит полость 300 для размещения устройства 292 отражения струи в виде плоской пластины или диска и включает в себя впускной канал 336, который образует, по меньшей мере, часть впускного отверстия 286 во внутреннюю полость 284 корпуса 280. Впускной канал 336 включает в себя часть, которая образует коническую приемную поверхность 338 струи, которая ниже по потоку выполнена с воронкой для струи 42. Впускной канал 336 выровнен с соответствующей диафрагмой 310 для струи в устройстве 292 отражения струи для обеспечения доступа к внутренней полости 284 корпуса 280.
Профиль поперечного сечения впускного канала 336 является удлиненным в направлении перемещения и в целом может быть овальной формы по всей длине канала. Впускной канал 336 может сужаться до относительно узкой щели или окна таким образом, что отраженное содержимое струи 42, по существу, блокируется или предотвращается его выход из приемника 250 через впускное отверстие 286. Это преимущественно уменьшает возможность возникновения повреждений или ухудшения заготовки, которые могли бы возникнуть в результате отскока содержимого струи 42.
Фиг. 10 и 11 показывают еще один пример осуществления собирающего приемника 350 струи, который установлен напротив и выполнен с возможностью соединения с жидкоструйной режущей головкой 22 системы 10 жидкоструйной резки на фиг. 1. Собирающий приемник 350 струи этого варианта осуществления также включает в себя корпус 380, имеющий основной элемент 402 корпуса, расположенный между противоположными торцевыми крышками 404 и 408. Верхняя торцевая крышка 408 включает в себя полость 400 для размещения устройства 392 отражения струи в виде плоской пластины или диска и включает в себя совокупность элементов 436а-с для размещения вставок, чтобы съемно устанавливать множество вставок 438а-с, которые в совокупности формируют впускное отверстие 386. Вставки 438а-с могут быть выполнены таким образом, чтобы противоположные боковые вставки 438а и 438b были наклонены друг к другу для обеспечения сужения впускного отверстия 386 в направлении вниз по потоку. Другая вставка 438 с может быть расположена смежно с противоположными боковыми вставками, чтобы сформировать хвостовую часть впускного отверстия 386. В совокупности вставки 438а-с могут формировать тонкое клиновидное впускное отверстие 386. Впускное отверстие 386 совмещено с соответствующей диафрагмой 410 струи в устройстве 392 отражения струи для обеспечения доступа к внутренней полости 384 корпуса 380. Впускное отверстие 386 может сужаться до относительно узкой щели или окна так, чтобы отраженное содержимое струи 42, по существу, было заблокировано или был предотвращен его выход из приемника 350 через впускное отверстие 386.
Различные признаки и аспекты, описанные здесь, обеспечивают системы 10 жидкоструйной резки, которые особенно хорошо подходят для обработки заготовок 14 эффективным образом, собирающими приемниками 50, 150, 250, 350 струи с компактными и прочными конструкциями для обеспечения возможности, среди прочего, обработки заготовок 14 в условиях ограниченных по величине зазоров и с низкой возможностью возникновения отражения жидкости и абразивов из собирающего приемника 50, 150, 250, 350 струи. Кроме того, раскрытые варианты осуществления включают в себя, как правило, продолговатые впускные отверстия, что способствует получению широкого диапазона отклонения струи для выгодного обеспечения повышенных скоростей резания по сравнению с обычными устройствами собирающих приемников струи.
Хотя варианты осуществления показаны на чертежах в связи с обработкой листовой заготовки 14, следует понимать, что узлы 70 режущей головки, собирающие приемники 50, 150, 250, 350 струи и системы 10 жидкоструйной резки, включающие то, что описано здесь, могут быть использованы для обработки широкого спектра заготовок, имеющих простые и сложные формы, в том числе, как плоских, так и неплоских структур. Примеры заготовок включают стрингеры и другие элементы летательных аппаратов. Кроме того, как можно видеть из приведенных выше описаний, узлы 70 режущей головки, собирающие приемники 50, 150, 250, 350 струи и системы 10 жидкоструйной резки, описанные здесь, специально предназначены для создания струи жидкости высокого или сверхвысокого давления и захвата их в относительно компактную конструкцию или модуль, который является особенно прочным и который может существенно снизить или эффективно устранить возможность отражения жидкости и абразивов из собирающего приемника 50, 150, 250, 350 струи.
Это может быть особенно полезно при резке, например, высокоточных композитных деталей летательных аппаратов и т.п., которые подлежат особенно строгому контролю качества. Кроме того, компактный характер собирающих приемников 50, 150, 250, 350 струи может быть особенно выгодным при резке в закрытых пространствах, что характерно при резке стрингеров летательных аппаратов и тому подобного.
Более того, хотя примеры осуществления, показанные на чертежах, включают, как правило, прямоугольный корпус 80, 180, 280, 380, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления корпус может быть, по существу, цилиндрическим или других правильных или неправильных форм. В случае цилиндрических корпусов, будет понятно специалистам в данной области техники, что ссылки здесь на переднюю и заднюю боковые стенки, например, коррелируют с передней и задней частями цилиндрической боковой поверхности.
Кроме того, различные варианты осуществления, описанные выше, могут быть объединены, чтобы обеспечить дополнительные варианты осуществления. Эти и другие изменения могут быть сделаны в вариантах осуществления, в свете вышеприведенного подробного описания. В общем, в следующей ниже формуле изобретения, используемые термины не следует рассматривать как ограничивающие изобретение конкретными вариантами осуществления, раскрытыми в описании и формуле изобретения, а следует истолковывать путем включения всевозможных вариантов вместе с полным объемом эквивалентов, к которым такие претензии имеют отношение. Соответственно, формула изобретения не ограничивается описанием.
В той степени, в которой они не вступают в противоречие с конкретной информацией и определениями в данном документе, все патенты США и иностранные патенты, публикации патентных заявок и патенты, принадлежащие Flow International Corporation, указанные в данном описании и/или перечисленные в листе информации о заявке, включены в данное описание во всей их полноте в качестве ссылки.