水射流穿丝喷嘴设计.pdf

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1、HydraulicsPneumatics&Seals／NO．1．2011水射流穿丝喷嘴设计隋志平韩福柱(1．北京华德液压工业集团技术中心，北京，100176)(2．清华大学精密仪器与机械学系，北京，100084)摘要：本文针对慢走丝线切割机床的自动穿丝系统设计了一款新型喷嘴。利用Fluent软件对该喷嘴进行了仿真，确定了会聚角度对射流流场的影响。对喷嘴进行喷水试验，确定不同速度下射流的形态以及穿丝时射流的形态，验证了该喷嘴的可行性，为线切割自动穿丝喷嘴设计提供了一条新的思路。关键词：线切割；水射流；喷嘴；FLUENT中图分类号：TH137．5文献标识码：A文章编号：1008—

2、0813(2011)01—0043—03TheDesignofThreadingWater-jel：NozzleSU／Zhi-ping1HANFu-zhu。(1．BeijingHuaDeHydraulicindustrialGroupCo．，LTD．，Beijing，100176China)(2．SchoolofMechanicalEngineeringTsinghuaUniversity，Beijing，100084China)Abstract：ThisarticleisaboutthenewdesignonthenozzlestructureofWEDMautomatic

3、wirethreadingsystem．ThenumericalsimulationofwaterjetisconductedbyFLUENTandtheinfluenceofconvergentangleisascertainedonwaterjet．Themodalityofthedifervelocitywaterjetisascertainedbyexperimentalstudyandthethreadingfeasibilityissubstantiatedapplyingthenozzle．Anewmethodisprovidedforthedesignofau

4、tomationwirethreadingnozzle．KeyWords：WEDM；waterjet；nozzlestructure；FLUENT0前言喷嘴就会和电极丝发生接触，干扰斜加工。针对上述情况，本文设计了一款会聚射流喷嘴。随着线切割机床的发展，对水射流自动穿丝提出了更高的要求。其中影响最大的是导丝嘴的变革，导丝嘴包括三点接触式导丝嘴、组合式导丝嘴和眼模式导丝嘴(见图1)等，随着对曲面加工精度要求的不断提高。眼模导丝嘴已成为线切割机的主流。眼模导丝嘴将电极丝完全包裹，间隙在0～31xm之间，孔的两端呈喇图1眼模导丝嘴叭口形，作为穿丝导向和斜度切割中电极丝转向使用。采用

5、眼模导丝嘴的最大不同在于，由于导丝嘴为一整1会聚喷嘴仿真分析体，要完成自动穿丝，喷嘴就需要完全包裹导丝嘴。由会聚喷嘴(见图2)完全不受导丝嘴和斜加工的影于斜加工的需要，水射流喷嘴口径需要足够大或者可响。会聚喷嘴将整流槽和喷嘴收缩段进行了整合，水流以开合，大口径水射流喷嘴就成为了此类研究的重点。从整流槽进人同时进行整流和加速．然后在喷嘴外进穿丝喷嘴不同于普通的喷嘴，它有着比一般喷嘴更复杂行会聚。图3为会聚喷嘴结构简图，为会聚角，为收的结构，射流的形成也更加复杂，从而导致射流的质量缩角，导丝嘴从预留孔中插入。如图4所射流在喷嘴外比普通喷嘴差。首先，喷嘴中间含有导丝嘴。导丝嘴的会聚

6、变细，这样会聚喷嘴的口径就没有了严格的限制。位置会干扰射流的形态，使射流更易于发散。其次．由于线切割机斜加工的需要，喷嘴的口径要足够大，不然收稿日期：2010—12—01作者简介：隋志平(1980一)，男，工程师，一直在华德液压从事液压元件的研究与应用。图2会聚喷嘴43液压气动与密~,J'／2011年第1期较低，在会聚点的上方存在大面积的负压区．这个负压区将射流向喷嘴中心位置挤压，射流不容易发生散射。所以会聚效果很好。会聚角为45。时，喷管内的静压比会聚角为10。时高好几倍，在会聚点的上方存在的大面积的正压区，这个正压区将射流从喷嘴中心位置向外挤压，射流较容易发生散射，会聚效

7、果会变差。所以。随着会聚角度变大，要想获得相同的速度，就需要提供更高的压力，汇聚点上方也会从负压区慢慢变为正压区。从图6可以看出，随着会聚角的缩小，周围空气的卷吸在迅速增加，会聚角为45。时，喷口附近空气的速l一导丝嘴孔2一水流入口度明显大于10。时，射流周围受到扰动空气的范围也大图3会聚喷嘴结构示意图很多。所以，会聚角度越大，环境空气的速度就越大，对射流的扰动就越强。从图7可以看出，射流会聚点上方空气的速度方向与射流方向正好相反，这也是形成负压区的原因，这种现象很利于射流的会聚。#勰8·咖图4会聚射流