專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于脆性材料的爆炸切割裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種爆炸加工裝置，特別是一種用于快速切割脆性材料的爆炸切割裝置。
背景技術(shù)：
脆性材料是指在外力作用下僅產(chǎn)生很小的變形即破壞斷裂的材料，是與塑性材料想對(duì)應(yīng)的,一般將將延伸率大于5%的材料稱(chēng)為塑性材料,延伸率小于5%的材料稱(chēng)為脆性材料。脆性材料種類(lèi)繁多，占到現(xiàn)有材料的一半以上，如玻璃、有機(jī)玻璃、高硅氧酚醛樹(shù)脂、硬質(zhì)合金、石墨、陶瓷、巖石、混凝土、鑄鐵……，都是脆性材料。與塑性材料相比較，脆性材料具有如下特點(diǎn)1)抗壓不抗拉，即脆性材料的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度。2)抗靜載不抗沖擊，即脆性材料的沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)小于準(zhǔn)靜態(tài)強(qiáng)度。3)應(yīng)力集中敏感，雖然所以材料都用應(yīng)力集 中效應(yīng)，但脆性材料對(duì)應(yīng)力集中更為敏感，具有極高的缺口敏感性。4)硬度高，脆性材料一般都具有較高的硬度。由于脆性材料的硬度高，很難對(duì)其進(jìn)行切割加工，目前脆性材料的切割技術(shù)主要有水射流切割、金剛石刀片切割、激光切割、等離子切割。這些切割技術(shù)雖然具有較高的切割精度，但切割速度慢，效率低，而且均需要專(zhuān)用設(shè)備，操作復(fù)雜，切割成本高。采用爆炸切割技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)脆性材料的快速切割?，F(xiàn)有的爆炸切割技術(shù)采用的都是聚能原理，即在帶有凹槽的金屬藥型罩外部裝填炸藥，炸藥爆轟后壓垮藥型罩，使能量聚集形成高速金屬射流，最后利用金屬射流進(jìn)行切割。如發(fā)明專(zhuān)利ZL200710012257 (飛機(jī)艙體聚能切割裝置)采用的是帶有80°張角的鉛銻合金藥型罩，實(shí)用新型ZL95242267 (聚能切割器)采用的是環(huán)形的金屬藥型罩，實(shí)用新型ZL200820221979 (爆炸切割閥)采用的也是環(huán)形的金屬藥型罩，實(shí)用新型ZL200820109132 (破墻切割索)采用的是錐形、半球形、喇叭形金屬藥型罩。以上帶有聚能藥型罩的爆炸切割裝置，其金屬射流的強(qiáng)度極低，可以近似為流體，只適合切割塑性材料，但對(duì)于硬度較高的脆性材料，金屬射流形成的缺口淺，切割能力較差。另外藥型罩材料一般為純銅或鉛合金，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料成本和加工成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)脆性材料具有較強(qiáng)切割能力，而且能夠進(jìn)行快速切割的爆炸切割裝置。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種用于脆性材料的爆炸切割裝置，包括炸藥、鋼三角絲、塑料槽和橡膠槽，鋼三角絲尖端向下安裝在塑料槽中，炸藥平鋪在鋼三角絲的上表面，炸藥高度與塑料槽上沿平齊；橡膠槽開(kāi)口向下，其內(nèi)壁與塑料槽的外壁用膠水粘接，將炸藥和鋼三角絲密封。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(I)用鋼三角絲取代了聚能藥型罩，在相同炸藥量的情況下，鋼三角絲能夠形成更深的缺口，因此能夠切割開(kāi)更厚的脆性材料，使本爆炸切割裝置具有更強(qiáng)的切割能力。(2)用鋼三角絲取代了純銅或鉛合金的聚能藥型罩，降低了材料成本和加工成本。(3)炸藥截面形狀為矩形，不需要聚能凹槽，降低了炸藥成型模具的加工難度和加工成本。


附圖是本發(fā)明一種用于脆性材料的爆炸切割裝置的截面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。結(jié)合附圖，本發(fā)明是一種用于快速切割脆性材料的爆炸切割裝置，由炸藥I、鋼三角絲2、塑料槽3和橡膠槽4組成。鋼三角絲2尖端向下安裝在塑料槽3中，炸藥I平鋪在鋼三角絲2的上表面，炸藥I高度與塑料槽3上沿平齊。橡膠槽4開(kāi)口向下，其內(nèi)壁與塑料槽3的外壁用膠水粘接，將炸藥I和鋼三角絲2密封。
使用時(shí)，將橡膠槽4開(kāi)口向下粘貼在脆性材料表面，炸藥I起爆后驅(qū)動(dòng)鋼三角絲2向下運(yùn)動(dòng)，鋼三角絲2切割開(kāi)厚度很薄的塑料槽3，高速撞擊脆性材料并在其表面形成缺口，然后爆轟波沖擊在缺口上，脆性材料產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展和層裂，最終發(fā)生斷裂。炸藥為具有較高爆速的固體炸藥，如撓性炸藥、塑性炸藥或粘結(jié)炸藥。鋼三角絲要求具有較高的硬度，可以為不銹鋼或普通碳鋼。塑料槽要求為中等硬度并容易擠塑加工，可以為聚氯乙烯、聚乙烯或改性聚苯乙烯，橡膠槽要求具有中等硬度及較好的抗沖擊性能，可以為異戊橡膠或氟橡膠。
本發(fā)明利用了爆轟驅(qū)動(dòng)原理以及脆性材料的高缺口敏感性、低沖擊強(qiáng)度的特點(diǎn)進(jìn)行切割。首先炸藥爆轟驅(qū)動(dòng)鋼三角絲飛行，鋼三角絲尖端高速撞擊脆性材料，并在其表面上形成較深的缺口，由于脆性材料具有極高的缺口敏感性，所以缺口越深脆性材料越容易斷裂。隨后爆轟波以極高的速度和壓力沖擊缺口，由于脆性材料的沖擊強(qiáng)度很低，因此會(huì)沿缺口形成裂紋并迅速擴(kuò)展，同時(shí)沖擊波在脆性材料的自由表面反射后形成層裂，最終脆性材料在缺口敏感性和沖擊載荷的雙重作用下，以裂紋擴(kuò)展和層裂的形式發(fā)生斷裂。炸藥與鋼三角絲安裝在塑料槽中，外面用橡膠槽包裹，可以改變橡膠槽的高度來(lái)調(diào)整炸高(鋼三角絲尖端到脆性材料表面的距離)，從而調(diào)整鋼三角絲的撞擊速度。另外，橡膠槽還可以吸收沖擊波，能起到防護(hù)的作用，減少爆轟對(duì)周?chē)h(huán)境的破壞。本爆炸切割裝置可以做成小尺寸的切割索進(jìn)行曲線切割，也可以做成大尺寸的線性切割器進(jìn)行直線切割。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I
按附圖布置進(jìn)行有機(jī)玻璃板的爆炸切割。有機(jī)玻璃板的長(zhǎng)度為400mm，寬度為200mm，厚度為20mm。炸藥為以?shī)W克托金為主要成分的撓性炸藥，密度為I. 5g/cm3，爆速為7000m/s，炸藥的截面寬度為2mm，高度為2mm。鋼三角絲材料為304不銹鋼，底邊長(zhǎng)2mm，高I. 5mm,炸高為2mm。聚氯乙烯塑料槽壁厚為O. 5mm,異戍橡膠槽壁厚為10mm。炸藥起爆后,鋼三角絲將有機(jī)玻璃板沿長(zhǎng)度方向切割成兩塊，切口整齊，切割耗時(shí)小于1ms。實(shí)施例2
按附圖布置進(jìn)行大理石板的爆炸切割。大理石板的長(zhǎng)度為400mm，寬度為200mm，厚度為30mm。炸藥使用以黑索金為主要成分的塑性炸藥，密度為I. 65g/cm3，爆速為8000m/s，炸藥的截面寬度為3mm，高度為3mm。鋼三角絲材料為201不銹鋼，底邊長(zhǎng)3mm，高2mm，炸高為2mm。聚乙烯塑料槽壁厚為O. 5mm,氟橡膠槽壁厚為10mm。炸藥起爆后,鋼三角絲將大理石板沿長(zhǎng)度方向切割成兩塊，切口整齊，切割耗時(shí)小于1ms。實(shí)施例3
按附圖布置進(jìn)行鑄鐵板的爆炸切割。鑄鐵板的長(zhǎng)度為1500mm，寬度為500mm，厚度為300mm。炸藥使用以黑索金為主要成分的粘結(jié)炸藥，密度為I. 65g/cm3,爆速為8300m/s，炸藥的截面寬度為20mm，高度為20mm。鋼三角絲材料為45號(hào)碳素鋼，底邊長(zhǎng)20mm，高20mm，炸高為4mm。改性聚苯乙烯塑料槽壁厚為2mm，異戊橡膠槽壁厚為30mm。炸藥起爆后，鋼三角絲將鑄鐵板沿長(zhǎng)度方向切割成兩塊，切口整齊，切割耗時(shí)小于1ms。實(shí)施例4
按附圖布置進(jìn)行混凝土板的爆炸切割?；炷涟宓拈L(zhǎng)度為600mm,寬度為300mm,厚度為200mm。炸藥使用以?shī)W克托金為主要成分的撓性炸藥，密度為I. 65g/cm3，爆速為7500m/s，炸藥的截面寬度為20mm，高度為20mm。鋼三角絲材料為310不銹鋼，底邊長(zhǎng)20mm，高20mm，炸高為5mm。聚氯乙烯塑料槽壁厚為lmm,氟橡膠槽壁厚為20mm。炸藥起爆后,鋼三角絲將混凝土板沿長(zhǎng)度方向切割成兩塊，切口整齊，切割耗時(shí)小于1ms。其他脆性材料也可以按照上述方法實(shí)現(xiàn)快速切割。
權(quán)利要求
1.一種用于脆性材料的爆炸切割裝置，其特征在于包括炸藥(I)、鋼三角絲(2)、塑料槽(3)和橡膠槽(4)，鋼三角絲(2)尖端向下安裝在塑料槽(3)中，炸藥(I)平鋪在鋼三角絲(2)的上表面，炸藥(I)高度與塑料槽(3)上沿平齊；橡膠槽(4)開(kāi)口向下，其內(nèi)壁與塑料槽(3)的外壁用膠水粘接，將炸藥(I)和鋼三角絲(2)密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于脆性材料的爆炸切割裝置，其特征在于鋼三角絲(2)為不銹鋼或普通碳鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于脆性材料的爆炸切割裝置，其特征在于塑料槽(3)為為聚氯乙烯、聚乙烯或改性聚苯乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于脆性材料的爆炸切割裝置，其特征在于橡膠槽(4)為異戊橡膠或氟橡膠。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于脆性材料的爆炸切割裝置，本裝置利用爆轟驅(qū)動(dòng)原理以及脆性材料的高缺口敏感性、低沖擊強(qiáng)度的特點(diǎn)進(jìn)行切割。首先炸藥爆轟驅(qū)動(dòng)鋼三角絲高速運(yùn)動(dòng)，使三角絲的尖端撞擊脆性材料表面并形成缺口，然后爆轟波再?zèng)_擊缺口，使脆性材料沿缺口形成裂紋和層裂直至斷裂。本發(fā)明裝置可以做成小尺寸的切割索進(jìn)行曲線切割，也可以做成大尺寸的線性切割器進(jìn)行直線切割。本發(fā)明裝置不需要聚能藥型罩，切割能力強(qiáng)，制作成本低，能對(duì)脆性材料進(jìn)行快速切割。
文檔編號(hào)C03B33/09GK102756430SQ20111010870
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者張友志, 朱正軍, 杜長(zhǎng)星, 王金相, 趙錚, 魏波 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)