ES2203479T3

ES2203479T3 - Articulo de manufactura de material superduro.

Info

Publication number: ES2203479T3
Application number: ES00932438T
Authority: ES
Inventors: Ted R. Massa; John J. Prizzi; David R. Siddle
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2004-04-16
Anticipated expiration: 2020-05-15
Also published as: US6790497B2; DE60004354D1; US20030045217A1; EP1178873B1; US6425805B1; US7357697B2; EP1178873A1; WO2000071298A1; US20020142709A1; ATE246571T1; DE60004354T2; AU5016000A; JP2003500225A; KR20010113974A; US20020173250A1; KR100706868B1; US6924454B2; DE1178873T1

Abstract

Un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo que comprende un pasaje de flujo longitudinal en el que al menos parte del pasaje de flujo tiene un forro que comprende un cuerpo monolítico sinterizado que comprende PCD o PCBN.

Description

Artículo de manufactura de material superduro.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a artículos de manufactura superduros para usar en muchas aplicaciones, pero para usar preferiblemente como tubos mezcladores para usar en sistemas de chorro de agua abrasivo a alta presión, así como a procedimientos para producirlos. Más concretamente, la invención se refiere a tubos mezcladores que usan un material superduro, es decir, PCD (diamante policristalino) o PCBN (nitruro de boro cúbico policristalino) conductor de electricidad, en sistemas de chorro de agua abrasivo a alta presión y a procedimientos para producirlos. La presente invención se refiere asimismo a sistemas de chorro de agua abrasivo que comprenden un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo dotado de un orificio longitudinal forrado con un material superduro.

Antecedentes de la invención

La mecanización mediante chorro de agua abrasivo a alta presión (AWJ) usa un chorro muy estrecho de agua a alta presión cargada de partículas abrasivas para cortar mediante erosión una pieza de trabajo. Muchas industrias, incluyendo la automovilística, aeroespacial, informática y del vidrio, usan el mecanizado por AWJ para crear piezas de precisión a partir de una gran variedad de materiales como plástico, metal, vidrio, compuestos y cerámica, incluyendo materiales difíciles de mecanizar de otra forma. El procedimiento por AWJ realiza un mecanizado de alta precisión, de muy poca muesca, y produce unos bordes limpios y suaves, por lo tanto reduciendo o eliminando la necesidad de efectuar costosas operaciones de tratamiento de los bordes después del mecanizado. Dado que el mecanizado por AWJ es una operación desarrollada a baja temperatura, no produce ninguna zona afectada por calor en la parte mecanizada y puede ser usado para mecanizar piezas tratadas mediante calor sin que se vean alteradas las propiedades inducidas en el material mediante dicho tratamiento de calor. Los cabezales de mecanizado por AWJ pueden ser guiados manual, mecánica o informáticamente, siendo el mecanizado más preciso el obtenido cuando el movimiento del cabezal de mecanizado por AWJ está controlado informáticamente.

En un sistema de AWJ normal se usa una bomba intensificadora para presurizar el agua filtrada hasta el intervalo entre 2.000 y 100.000 psi (de 14 a 690 MPa). El agua a alta presión es introducida en un cabezal de mecanizado por AWJ, en el que se la hace pasar por una tobera con un orificio cuyo diámetro apenas mide unas pocas milésimas de pulgada (unas pocas centésimas de milímetro) generando un chorro de agua a alta velocidad. En las aplicaciones comerciales se añaden al chorro de agua a alta velocidad partículas abrasivas como el granate o la olivina cuando aquella atraviesa una cámara mezcladora en el interior del cabezal de mecanizado por AWJ. Las partículas abrasivas y el chorro de agua a alta velocidad se mezclan al pasar juntas por el orificio longitudinal de escaso diámetro de un tubo mezclador en el interior del cabezal de mecanizado por AWJ, formando al salir del tubo mezclador un chorro de agua estrecho, abrasivo y a alta velocidad, capaz de hacer cortes precisos en casi cualquier tipo de material.

Un orificio longitudinal en un tubo mezclador para AWJ está sometido a una fuerte abrasión por parte del chorro de agua a alta velocidad y las partículas abrasivas que éste transporta. Al fin y al cabo, la precisión y la eficacia del mecanizado por AWJ resultan afectadas en muy alto grado por el desgaste del orificio longitudinal del tubo mezclador. Aunque los diámetros de los orificios longitudinales generalmente se hallan en el intervalo entre 0,010 y 0,060 pulgadas (de 0,25 a 1,5 mm), y las longitudes totales de los tubos mezcladores para AWJ se hallan normalmente en el intervalo entre 2 y 4 pulgadas (de 5 a 10 cm), una erosión del diámetro del orificio longitudinal de solamente unas pocas milésimas de pulgada (unas pocas centésimas de milímetro) puede reducir enormemente la eficacia del mecanizado y degradar la precisión al mecanizar, especialmente cuando la erosión del orificio longitudinal se produce cerca del extremo de salida del tubo mezclador. El desgaste del orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ tiene como consecuencia mayores tiempos de mecanizado, un mecanizado menos preciso, tiempo perdido reemplazando el tubo mezclador desgastado, y el coste de los tubos mezcladores de recambio. Para minimizar este problema, los tubos mezcladores para AWJ habitualmente están hechos de materiales muy duros, como el carburo de tungsteno.

Anteriormente se han hecho intentos de mejorar la resistencia al desgaste de los tubos mezcladores para AWJ mediante el uso de diamante depositado químicamente en fase de vapor (CVD) como material de forro del orificio longitudinal. El diamante es un alótropo del carbono que muestra una red cristalográfica que comprende átomos de carbono unidos covalentemente, alifáticos, hibridizados sp3 y dispuestos en forma de tetraedro con una distancia uniforme de 1,545 \Delta (0,1545 nm) de átomo a átomo, y es extremadamente duro, teniendo una dureza en la escala Mohs de 10. Por ejemplo, Banholzer y col., patente de Estados Unidos Nº 5.363.556, estima que el uso del diamante puede prorrogar la vida útil de los tubos mezcladores para AWJ desde entre dos y cuatro horas, obtenidas en el caso de los tubos mezcladores convencionales de carburo de tungsteno, hasta aproximadamente entre veinte y cien horas.

Banholzer y col., arriba mencionado, describe un procedimiento para hacer un tubo mezclador para AWJ depositando una capa de diamante mediante CVD en un miembro de soporte en forma de embudo para formar un miembro interior de diamante, separando el miembro interior del miembro de soporte, depositando un material para el miembro exterior dotado de un coeficiente de expansión termal superior al del diamante sobre el lado exterior del miembro interior, para formar un miembro exterior del tubo mezclador, y enfriando el tubo mezclador para contraer el miembro exterior y así inducir tensiones compresivas que ejerzan sobre el miembro interior una fuerza suficiente para impedir sustancialmente la formación de grietas en el miembro interior. Anthony y col., patente de Estados Unidos Nº 5.439.492, describe la realización de un tubo mezclador para AWJ depositando mediante CVD una capa de diamante sobre un mandril, y retirando a continuación el mandril mecánicamente o por atacado químico para formar el orificio longitudinal del tubo mezclador, y posteriormente, de forma opcional, proporcionando un tubo de acero para soportar la película de diamante. Stefanick y col., patente de Estados Unidos Nº 5.785.582, describe la deposición de una capa de diamante mediante CVD sobre los lados opuestos del orificio longitudinal de un tubo mezclador para AWJ hecho de un material cerámico duro que ha sido dividido longitudinalmente, y la posterior unión de ambas mitades del tubo mezclador apretando una cubierta metálica alrededor de ellas.

Asimismo se han realizado intentos de usar otras formas de diamante y de materiales de dureza cercana a la del diamante. La solicitud del modelo de utilidad japonés abierto a consulta por el público nº 63-50700 describe un tubo mezclador para AWJ que comprende una pluralidad de troqueles engarzados en un cuerpo principal en manga. Cada troquel consiste en un botón de un cuerpo policristalino sinterizado hecho de diamante o de nitruro de boro cúbico cristalino o similar, y que es fijado a la circunferencia interior de un pedestal metálico anular de apoyo, hecho de un material resistente, como una aleación superdura, acero de alta velocidad o similar. Cada botón es atravesado por un agujero. No obstante, el tubo mezclador para AWJ arriba descrito tiene el inconveniente de que el desgaste ocurre preferentemente en las zonas de juntura entre los troqueles (véase el modelo de utilidad japonés examinado HEI-6-34936).

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo como se define en la Reivindicación 1 y a un procedimiento para producir un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo como se define en la reivindicación 12.

Los inventores de la presente invención han desarrollado un procedimiento para producir un tubo mezclador para AWJ con un orificio longitudinal forrado con un material superduro que no requiere el uso de diamante depositado mediante CVD. La presente invención comprende procedimientos para hacer un tubo mezclador para AWJ usando una o más piezas de un material superduro. El término "material superduro", tal como se usa en la presente patente, hace referencia al diamante policristalino (PCD) o al nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) que pueden ser mecanizados mediante mecanizado por descarga eléctrica (EDM). El PCD es una especie particular de diamante sintético. El PCD es producido al sinterizar conjuntamente muchos cristales de diamante individuales en presencia de un catalizador a altas temperaturas y presiones, convirtiéndolos en una masa coherente de cristales de diamante entrelazados. El catalizador puede ser proporcionado como polvo entremezclado con los cristales de diamante, o puede estar incluido en un elemento adyacente desde el que se infiltra por los espacios entre los cristales de diamante durante el proceso de sinterización. Por ejemplo, una forma de proporcionar el catalizador puede ser colocar polvo de diamante sobre un sustrato que comprenda un carburo de tungsteno cementado que tenga entre 5% y 20% de su peso en aglutinante de cobalto o de cobalto-níquel y después someter estos componentes a temperaturas y presiones elevadas, de forma que una parte del aglutinante del carburo de tungsteno cementado se infiltre en el polvo de diamante y catalice una unión diamante a diamante. Parte del aglutinante (por ejemplo, cobalto o cobalto-níquel) queda dentro del PCD.

El PCBN, que tiene propiedades conductoras de electricidad suficientes para ser mecanizado por EDM, puede ser usado en la presente invención como material superduro con el que forrar el orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ. El PCBN puede ser producido de una manera similar a la usada para producir PCD.

Una ventaja particular del PCD respecto a otros tipos de diamante es su capacidad para ser mecanizado por EDM gracias a su contenido metálico conductor de electricidad. La presente invención aprovecha esta característica y comprende un procedimiento para producir un tubo mezclador para AWJ que cuenta con un orificio longitudinal forrado con un material superduro, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de proporcionar al menos un cuerpo de material superduro y seguidamente mecanizar por EDM al menos dicho cuerpo de cuerpo de material superduro para formar el orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ. Preferentemente, la presente invención incluye proporcionar el orificio longitudinal de una vía de entrada en embudo mediante mecanizado por EDM a fin de facilitar la entrada del chorro de agua a alta velocidad y del polvo abrasivo en el orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ. También según la presente invención, cualquier mecanizado necesario de las dimensiones externas del tubo mezclador para AWJ con núcleo de material superduro, como, por ejemplo, para permitir que el tubo mezclador encaje en un cabezal de mecanizado por AWJ o para facilitar las características externas que se pudiera desear, tales como un ahusamiento del extremo de salida, es realizado antes, al mismo tiempo o después que el mecanizado del orificio longitudinal del tubo mezclador.

Según se usa en la presente patente, el "pasaje de flujo" de un tubo mezclador para AWJ es el conducto que se extiende desde un extremo del tubo mezclador hasta el otro por el que entran el chorro de agua a alta velocidad y el polvo abrasivo, lo atraviesan y salen del tubo mezclador. El pasaje de flujo incluye un orificio longitudinal y puede asimismo incluir una vía de entrada en embudo. De todos modos, cuando se use el término "pasaje de flujo" al describir un componente por separado de un tubo mezclador para AWJ, el término hará referencia al conducto que se extiende de un extremo del componente hasta el otro a través del que el chorro de agua a alta velocidad y el polvo abrasivo entran al componente, lo atraviesan y salen de él. Como se usa en la presente patente, el término "componente" hace referencia a un segmento discreto y hueco que comprende una parte de la longitud de un tubo mezclador para AWJ; estando los componentes conectados entre sí para formar un tubo mezclador para AWJ de componentes múltiples.

Como se usa en la presente patente, el término "dirección de flujo" es la dirección en la que el chorro de agua a alta velocidad y el polvo abrasivo atraviesan el tubo mezclador para AWJ.

La presente invención incluye tubos mezcladores para AWJ dotados de un forro de material superduro al menos en una parte del pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ. Dichos tubos mezcladores para AWJ comprenden un forro de material superduro al menos en parte, o bien de la vía de entrada en embudo, o bien del orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ. En algunas formas de realización, un material superduro forra toda la longitud del orificio longitudinal y/o de la vía de entrada en embudo. En otras formas de realización, un material superduro forra solamente una parte de la longitud del orificio y/o de la vía de entrada en embudo mientras que el resto de la longitud del orificio longitudinal y/o de la vía de entrada en embudo está forrada con otro tipo de material resistente a la abrasión. La parte o partes del pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ que ha de ser forrada con material superduro en vez de con otro tipo de material resistente a la abrasión, son aquella parte o partes que el usuario del tubo mezclador para AWJ prefiere proteger de la erosión producida durante el uso.

Aunque la presente invención incluye procedimientos para producir tubos mezcladores para AWJ compuestos únicamente de un material superduro, también incluye procedimientos para producir tubos mezcladores para AWJ en los que el material superduro está rodeado sustancialmente a lo largo de la longitud del tubo mezclador de un material resistente que puede servir para reducir la susceptibilidad del tubo mezclador a daños por parte de fuerzas externas, o para facilitar la adaptación del material superduro dentro del cabezal de mecanizado por AWJ. El material resistente puede asimismo servir para reforzar el material superduro de forma que impida que el tubo mezclador para AWJ sea dañado por la presión trasera del chorro de agua en caso que el tubo mezclador se obture durante su manipulación. La presente invención también incluye procedimientos para producir tubos mezcladores para AWJ que comprenden al menos una cubierta que sirve para reducir la susceptibilidad del tubo mezclador para AWJ respecto a daños por impacto o para facilitar la adaptación del tubo mezclador para AWJ en el cabezal de mecanizado por AWJ.

Consecuentemente, la presente invención asimismo comprende las etapas de rodear sustancialmente al menos un cuerpo de material superduro a lo largo de la longitud del tubo mezclador para AWJ con un material resistente. En una forma de realización, estando completo el tubo mezclador para AWJ, el material resistente se extenderá más allá del material superduro en el extremo de entrada del tubo mezclador, estando formada, al menos parcialmente, una parte de la vía de entrada en embudo del tubo mezclador por el material resistente, y el procedimiento de la presente invención incluye formar el tubo mezclador de esta manera. El material resistente es preferiblemente un acero o, más preferiblemente, un carburo de tungsteno cementado. Cuando la vía de entrada en embudo esté formada al menos parcialmente por el material resistente y el material resistente sea un acero, es deseable que el acero sea un acero de aleación resistente a la erosión o acero de herramientas.

Cuando se use carburo de tungsteno cementado como el material resistente, en la forma de realización de la presente invención mencionada arriba se incluyen las etapas de (1) proporcionar al menos un cuerpo compuesto que comprenda una capa de material superduro unido a un sustrato de carburo de tungsteno cementado; (2) proporcionar al menos un cuerpo de material resistente; (3) unir al menos un cuerpo compuesto de manera que se forme un hueco de tubo mezclador para AWJ que cuente con un núcleo de material superduro; (4) formar por EDM una vía de entrada en embudo en un extremo del hueco del tubo mezclador para AWJ; y (5) mecanizar por EDM un orificio longitudinal a través del núcleo de material superduro del hueco del tubo mezclador para AWJ. El procedimiento puede incluir además la etapa de mecanizado de la forma exterior del hueco del tubo mezclador para AWJ en una o más operaciones para adaptar el hueco del tubo mezclador para AWJ para que se ajuste al cabezal de mecanizado de chorro de agua por AWJ y para obtener de cualquier otra forma las dimensiones finales del tubo mezclador para AWJ. Téngase en cuenta que el término "hueco del tubo mezclador para AWJ" es usado en la presente patente para referirse a un cuerpo sencillo, ya sea en una construcción monolítica o en una construcción compuesta, a partir de la que puede ser formado un tubo mezclador para AWJ mediante una o más operaciones, e incluye tubos mezcladores para AWJ parcialmente formados hasta que se ha completado la última operación de formación.

En esta forma de realización, el cuerpo de material resistente es proporcionado en forma de barra circular sencilla que dispone de un canal en forma de U adaptada para recibir al menos una tira de material compuesto. Sin embargo, la presente invención también incluye proporcionar el material resistente en otras formas. La presente invención también incluye proporcionar una pluralidad de cuerpos de material resistente que pueden rodear y ser unidos a uno o más de los cuerpos de material superduro. Lo importante es que el hueco del tubo mezclador para AWJ resultante tenga un núcleo de material superduro en el que se pueda formar un orificio longitudinal de tal forma que el orificio longitudinal sea forrado de material superduro en toda la longitud del tubo mezclador, con la posible excepción de que, en el tubo mezclador para AWJ definitivo, la parte más extrema de la longitud de la vía de entrada de algunas formas de realización no esté forrada con un material superduro. En algunas de estas formas de realización en las que la parte más extrema de la longitud de la vía de entrada no está forrada con un material superduro, la presente invención también incluye recubrir el material resistente expuesto en la parte más extrema de la vía de entrada con un revestimiento duro depositado por deposición en fase de vapor, por ejemplo mediante deposición física en fase de vapor (PVD) y/o deposición química en fase de vapor (CVD). Entre los ejemplos de dichos recubrimientos duros están incluidos, sin que sirva de limitación, diamante, nitruro de titanio, carburo de titanio, carbonitruro de titanio, nitruro de titanio y aluminio, óxido de aluminio, y sus combinaciones.

La presente invención también comprende tubos mezcladores para AWJ que comprenden un material superduro incluyendo aquellos tubos mezcladores para AWJ en que el material superduro se encuentra rodeado sustancialmente a lo largo de la longitud del tubo mezclador con un material resistente que puede servir para reducir la susceptibilidad del tubo mezclador a daños por parte de fuerzas externas, para facilitar la adaptación del material superduro en el cabezal de mecanizado por AWJ, o para reforzar el material superduro de manera que impida que el tubo mezclador para AWJ sea dañado por la presión trasera del chorro de agua en caso que el tubo mezclador se obture durante su manipulación. La presente invención también incluye tubos mezcladores para AWJ que comprenden una pieza en la vía de entrada dotada de un material superduro formado sobre una vía de entrada en embudo unida a una pieza del cuerpo del tubo mezclador para AWJ dotado de un orificio longitudinal forrado con un material superduro y procedimientos para hacer dichos tubos mezcladores para AWJ.

La presente invención incluye tubos mezcladores para AWJ y procedimientos para hacer los mismos, comprendiendo un pasaje de flujo formado por EDM en al menos una pieza de material resistente a la abrasión, en que al menos parte del pasaje de flujo cuenta con un forro que comprende un material superduro. Entre estos tubos mezcladores para AWJ se incluyen tanto tubos mezcladores para AWJ de componente sencillo como tubos mezcladores para AWJ de componentes múltiples que comprenden una pluralidad de componentes y al menos una conexión, que puede ser una conexión desconectable, que conecta un componente con otro de tal forma que los pasajes de flujo de cada uno de los componentes individuales comunican entre sí para formar el pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ, y en que el pasaje de flujo de al menos un componente de los de la pluralidad cuenta con un forro que comprende un material superduro. Como se ha mencionado anteriormente, como se usa en la presente patente, el término "componente" hace referencia a un segmento discreto y hueco que comprende una parte de la longitud de un tubo mezclador para AWJ. Cada componente tiene un pasaje de flujo que es parte del pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ. Los componentes están conectados entre sí extremo con extremo, a fin de hacer el tubo mezclador para AWJ. Por ejemplo, un tubo mezclador para AWJ de dos componentes conforme a la presente invención puede contar con una pieza en la vía de entrada conectada a una pieza del cuerpo del tubo mezclador para AWJ en que tanto la pieza de la vía de entrada como la pieza del cuerpo del tubo mezclador para AWJ cuentan cada uno con un pasaje de flujo formado por una o más piezas resistentes a la abrasión, y al menos una pieza, bien de la vía de entrada, bien del cuerpo del tubo mezclador para AWJ, comprende en parte de su pasaje de flujo un material superduro. Se ha de tener en cuenta que, tal como se usa en la presente patente, se considera que un tubo mezclador para AWJ cuenta con una pluralidad de componentes conectados que tienen al menos una conexión si, y sólo si, el tubo mezclador para AWJ que comprende a dichos componentes y dicha conexión o conexiones, es una unidad integral que puede ser manipulada y cargada en un cabezal de corte por AWJ como una pieza sencilla.

La presente invención también incluye sistemas de AWJ que cuentan con un tubo mezclador que comprende un material superduro. Dichos sistemas de AWJ incluyen sistemas de AWJ que cuentan con un tubo mezclador para AWJ que incluye un pasaje de flujo formado por EDM en al menos un material resistente a la abrasión en que al menos parte del pasaje de flujo cuenta con un forro que comprende un material superduro. Estos sistemas de AWJ incluyen aquellos sistemas de AWJ que cuentan con tubos mezcladores para AWJ que comprenden una pluralidad de componentes y al menos una conexión, que puede ser una conexión desconectable, que conecta un componente con otro de tal forma que los pasajes de flujo de cada uno de los componentes individuales se comunican uno con otro, formando el pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ, y en que el pasaje de flujo de al menos un componente de la pluralidad tiene un forro que comprende un material superduro. Dichos sistemas de AWJ usan cualquier tipo de partícula abrasiva, incluyendo, de forma no limitativa, granate, olivina, alúmina, nitruro de boro cúbico, circonia, carburo de silicio, carburo de boro, diamante, otros minerales y cerámicas, y sus mezclas y combinaciones.

La presente invención incluye procedimientos para usar un sistema de AWJ comprendiendo las etapas de proporcionar un tubo mezclador para AWJ dotado de un pasaje de flujo formado por EDM con al menos un material resistente a la abrasión en que al menos parte del pasaje de flujo cuenta con un forro que comprende un material superduro, proporcionar partículas abrasivas, emitir las partículas abrasivas desde el tubo mezclador para AWJ, y mecanizar una pieza de trabajo con las partículas abrasivas emitidas. Dicho tubo mezclador para AWJ proporcionado puede ser uno que comprenda una pluralidad de componentes y al menos una conexión, que puede ser una conexión desconectable, conectando un componente con otro de tal forma que el pasaje de flujo de cada uno de los componentes individuales comunica con el de cada uno de los otros, formando el pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ y en que el pasaje de flujo de al menos un componente de la pluralidad cuenta con un forro que comprende un material superduro. Por ejemplo, y de forma no limitativa, la presente invención también incluye procedimientos para el uso de un sistema de AWJ comprendiendo las etapas de proporcionar un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo dotado de un orificio longitudinal forrado con un material superduro, proporcionar de partículas abrasivas, emitir las partículas abrasivas desde el tubo mezclador del chorro de agua abrasivo, y mecanizar una pieza de trabajo mediante las partículas abrasivas emitidas.

Aunque normalmente los sistemas de AWJ usan agua como vehículo, la presente invención contempla también la aplicación de sus procedimientos, tubos mezcladores para AWJ y sistemas de AWJ al uso de cualquier fluido (gaseoso o líquido) capaz de servir como vehículo en un sistema que use partículas abrasivas transportadas por un fluido para cortar o mecanizar una pieza de trabajo. Dichos fluidos incluyen aquellos capaces de sustituir el agua, por completo o parcialmente, como vehículo en un sistema de AWJ. Consecuentemente, el término "chorro de agua abrasivo", como se usa en la presente patente, no se limita a chorros abrasivos que emplean agua como vehículo, sino que en su lugar hace referencia a cualquier chorro abrasivo que cuente con un vehículo.

La presente invención también comprende un cuerpo tubular alargado de material superduro, y procedimientos para hacer el mismo, en que el cuerpo tubular alargado de material superduro tiene al menos un orificio formado por EDM que es sustancialmente paralelo al eje longitudinal del cuerpo tubular alargado de material superduro.

La presente invención comprende asimismo cilindros de material superduro con longitudes de aproximadamente 0,2 pulgadas (5 mm) y diámetros de aproximadamente 0,2 pulgadas (5 mm), y un pasaje o bien rectilíneo o bien cónico, o una combinación de pasaje rectilíneo y cónico, a lo largo de sus líneas centrales longitudinales, formados mediante mecanizado por EDM. Dichos cilindros de material superduro incluyen un material superduro, o un compuesto de un material superduro unido a otro material resistente a la abrasión. En los casos en que un cilindro de material superduro contiene un pasaje rectilíneo, ya sea solo o en conjunción con un pasaje cónico, es preferible que la proporción entre la longitud del cilindro y el diámetro del pasaje sea al menos de 4 a 1, y más preferiblemente de al menos 6 a 1, y más

\hbox{preferiblemente}

de al menos 10 a 1.

Esta y otras características y ventajas inherentes a la materia que se reivindica y describe se harán evidentes a los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada de las formas de realización que se prefieren en el presente para el mismo, así como a partir de los dibujos anejos.

Breve descripción de los dibujos

Se proporcionan los dibujos solamente como ayuda a la comprensión del funcionamiento de la presente invención. Se ha de entender, por lo tanto, que los dibujos son proporcionados únicamente con una finalidad ilustrativa y no como definición de los límites de la presente invención.

La Fig. 1 es un dibujo esquemático de una técnica anterior de un sistema de AWJ controlado informáticamente.

La Fig. 2 es una vista en sección longitudinal de una técnica anterior de un cabezal de mecanizado por AWJ.

La Fig. 3 es una vista en sección longitudinal de una técnica anterior de un tubo mezclador para AWJ íntegramente compuesto de material superduro preparado conforme a una primera forma de realización de la presente invención.

La Fig. 4 es una vista en sección longitudinal de un tubo mezclador para AWJ compuesto de material resistente con un núcleo de material superduro preparado conforme a una segunda forma de realización de la presente invención.

La Fig. 5 es una vista isométrica, mostrada de forma parcialmente transparente, de un cuerpo monolítico de material superduro.

La Fig. 6 es un dibujo esquemático que describe algunas de las etapas de procedimiento de una segunda forma de realización de la presente invención.

La Fig. 7 es una vista en sección longitudinal de un tubo mezclador para AWJ preparado conforme a una tercera forma de realización de la presente invención.

La Fig. 8 es un dibujo esquemático que describe algunas de las etapas de procedimiento de una cuarta forma de realización de la presente invención.

La Fig. 9A es una vista isométrica de un disco compuesto que comprende material superduro formado en y unido a surcos de un sustrato de carburo de tungsteno cementado.

La Fig. 9B es un dibujo esquemático que describe algunas de las etapas de procedimiento de una quinta forma de realización de la presente invención.

La Fig. 10 es un dibujo esquemático que describe algunas de las etapas de procedimiento de una sexta forma de realización de la presente invención.

La Fig. 11A es una vista en sección longitudinal de una parte de un tubo mezclador para AWJ preparado conforme a una séptima forma de realización de la presente invención antes de la etapa de deposición de un recubrimiento de diamante por CVD.

La Fig. 11B es una vista en sección longitudinal de una parte de un tubo mezclador para AWJ preparado conforme a una séptima forma de realización de la presente invención después de la etapa de deposición de un recubrimiento de diamante por CVD.

La Fig. 12 es una vista en sección longitudinal de la parte extrema de la vía de entrada de un tubo mezclador para AWJ, preparado conforme a una octava forma de realización de la presente invención, comprendiendo una parte de un cuerpo de tubo mezclador para AWJ unida a una pieza de la vía de entrada.

La Fig. 13 es una vista en sección longitudinal de un tubo mezclador para AWJ preparado conforme a una novena forma de realización de la presente invención.

La Fig. 14 es una vista en sección longitudinal de un tubo mezclador para AWJ preparado conforme a una décima forma de realización de la presente invención.

La Fig. 15 es una vista isométrica de un cuerpo alargado tubular de material superduro conforme a una forma de realización de la presente invención.

La Fig. 16A es una vista isométrica de una sección longitudinal realizada transversalmente en la sección central de una primera forma de realización de un cilindro de un material superduro conforme a la presente invención.

La Fig. 16B es una vista isométrica de una sección longitudinal realizada transversalmente en la sección central de una segunda forma de realización de un cilindro de un material superduro conforme a la presente invención.

La Fig. 16C es una vista isométrica de una sección longitudinal realizada transversalmente en la sección central de una tercera forma de realización de un cilindro de un material superduro conforme a la presente invención.

La Fig. 16D es una vista isométrica de una sección longitudinal realizada transversalmente en la sección central de una cuarta forma de realización de un cilindro de un material superduro conforme a la presente invención.

Descripción detallada

Para ayudar a la comprensión de la presente invención, en primer lugar se proporciona una descripción de un sistema normal de AWJ y de un cabezal de mecanizado por AWJ en los que el agua sirve de vehículo, antes de proceder a describir formas de realización de la presente invención.

Las Figs. 1 y 2, muestran, respectivamente, una vista esquemática de un sistema normal de AWJ guiado informáticamente y una sección de un cabezal de mecanizado por AWJ normal. En referencia a las Figs. 1 y 2, en el sistema de AWJ guiado informáticamente (1), se fuerza el agua (2) mediante una bomba de refuerzo (4) hasta aproximadamente entre 65 y 85 psi (de 450 a 590 kPa) a través de un filtro (6) y luego a una bomba intensificadora (8) donde es presurizada hasta el intervalo entre 2.000 y 100.000 psi (de 14 a 690 MPa). El agua a alta presión (2) es enviada a través de una serie de tuberías móviles de alta presión (10) hasta un cabezal de mecanizado por AWJ (12) controlado por un ordenador (13) y un mecanismo de movimiento del cabezal para AWJ (17) que es indexado a lo largo de los tres ejes mutuamente ortogonales X, Y, y Z. El agua a alta presión (2) entra en el reservorio de agua a alta presión (11) del cabezal de mecanizado por AWJ (12) y se la fuerza a salir por una tobera (16) formando así un chorro a alta velocidad (24). El chorro a alta velocidad (24) atraviesa la zona de la cámara de mezclado (18) en la que se introducen partículas abrasivas (15) desde una fuente exterior (14). El chorro a alta velocidad (24) y las partículas abrasivas (15) fluyen juntas a lo largo del orificio longitudinal (20) del tubo mezclador para AWJ (22) y salen como chorro de agua abrasivo (25). El chorro de agua abrasivo (25) es dirigido contra la pieza de trabajo (26), mecanizando la pieza de trabajo (26) antes de disiparse y ser recogida por el depósito colector (27). El tubo mezclador para AWJ (22) tiene una longitud total (28).

A continuación se tratarán distintas formas de realización de la presente invención. En algunos casos las formas de realización son tratadas haciendo referencia a los sistemas de AWJ que emplean agua como vehículo. Sin embargo, ha de tenerse en cuenta que la referencia al agua es hecha por comodidad y en modo alguno limita el uso de la presente invención a los sistemas de AWJ que emplean agua como vehículo. La Fig. 3 muestra una vista en sección longitudinal de un primer tubo mezclador para AWJ preparado conforme a la presente invención en que el tubo mezclador consiste únicamente de material superduro. En referencia a la Fig. 3, el primer tubo mezclador para AWJ (30) dispone de un extremo de entrada (31), una cara del extremo de entrada (32), una vía de entrada en embudo (34), un orificio longitudinal (36), un extremo de salida (38), y una cara del extremo de salida (39). Durante la manipulación, el chorro de agua a alta velocidad y la corriente de partículas abrasivas entran en el tubo mezclador para AWJ (30) a través de la vía de entrada (34) y atraviesan el orificio longitudinal (36) antes de salir del tubo mezclador para AWJ (30) por el extremo de salida (38) como chorro de agua abrasivo. El tubo mezclador para AWJ (30) tiene asimismo un ahusamiento exterior (40) contiguo a la cara del extremo de salida (38). Este ahusamiento exterior 40 facilita una máxima aproximación del tubo mezclador para AWJ (30) a algunas piezas de trabajo.

La Fig. 4 muestra una vista en sección longitudinal de un segundo tubo mezclador para AWJ preparado conforme a la presente invención en que el segundo tubo mezclador para AWJ (42) tiene un núcleo de material superduro (44) forrando el orificio longitudinal (36) del tubo mezclador para AWJ, y material resistente (45) rodeando el núcleo de material superduro (44) sustancialmente a lo largo de la longitud (46) del tubo mezclador para AWJ (42). Una parte del núcleo de material superduro (44) fue retirada por mecanizado durante la formación de la vía de entrada en embudo (34) de forma que el material resistente (45) se extiende más allá del núcleo de material superduro (44) en el extremo de entrada (31).

Los procedimientos de la presente invención pueden ser usados para producir toda clase de tubos mezcladores para AWJ que vayan a usarse con los diseños de cabezales de mecanizado presentes y futuros. Dichos diseños, por tanto, determinan las dimensiones de los tubos mezcladores para AWJ producidos conforme a la presente invención. En general, en los sistemas de AWJ en que el agua es el vehículo, los tubos mezcladores para AWJ actuales son cilíndricos con unas longitudes totales en el intervalo entre 2 y 4 pulgadas (de 5 a 10 cm), diámetros exteriores en el intervalo entre 0,2 y 0,4 pulgadas (de 5 a 10 mm), y diámetros del orificio longitudinal en el intervalo entre 0,010 y aproximadamente 0,060 pulgadas (de 0,25 a 1,5 mm). Los orificios longitudinales de los tubos mezcladores para AWJ habitualmente son de sección circular, aunque también se conocen en la técnica orificios longitudinales de sección no circular y paredes no rectilíneas y que están dentro del alcance de la presente invención. En Rankin y col., patente de Estados Unidos Nº 5.626.508, se describen ejemplos de tubos mezcladores para AWJ con orificios longitudinales de secciones no circulares, siendo dicha patente incorporada al presente documento por referencia.

Se conoce bien en la técnica el uso de EDM para formar PCD y PCBN mecanizable por EDM. Por consiguiente, las condiciones necesarias para cada una de las operaciones de EDM usadas en la ejecución de la presente invención pueden ser fácilmente determinadas por alguien experto en la materia sin necesidad de una experimentación no requerida. Una persona experta en la materia reconocerá que los parámetros de EDM específicos variarán conforme a cada pieza de trabajo que se esté mecanizando en particular y a la operación de EDM que se esté empleando en particular.

Es posible hacer un tubo mezclador para AWJ consistente únicamente de un material superduro conforme a una primera forma de realización de la presente invención mediante el siguiente procedimiento. En referencia a la Fig. 5, se proporciona en primer lugar, un cuerpo monolítico de material superduro (50), con una longitud (52), anchura (54), y grosor (56), siendo cada uno suficiente para producir las dimensiones finales del tubo mezclador para AWJ. La longitud (52) es al menos de 1 pulgada (2,5 cm) a fin de hacer un tubo mezclador para AWJ de 1 pulgada (2,5 cm) de largo. La longitud (52) se encuentra preferiblemente en el intervalo entre 1 y aproximadamente 4 pulgadas (de 2,5 a 10 cm) y más preferiblemente en el intervalo entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 3 pulgadas (de 3,8 a 7,6 cm). Se modifican, en este momento o posteriormente, las dimensiones exteriores del cuerpo de material superduro (50), según sea necesario, mediante EDM o por otras técnicas conocidas por los expertos en la materia como, por ejemplo, corte con láser, corte con sierra de diamante o con alambre, amolamiento, etc., para producir las dimensiones finales del tubo mezclador para AWJ. Es preferible que las caras de los extremos primero y segundo (58), (59), sean hechas mutuamente paralelas y perpendiculares al eje longitudinal del cuerpo de material superduro (50). Las caras del primer y segundo extremo (58), (59), mostradas en la Fig. 5, corresponden respectivamente a la cara del extremo de entrada (31) del tubo mezclador para AWJ y a la cara del extremo de salida (39) del tubo mezclador para AWJ de la Fig. 3. Se usa entonces la formación por inmersión EDM para formar una vía de entrada en embudo, como la vía de entrada en embudo (34) mostrada en la Fig. 3, en la cara del primer extremo (58). Se usa luego el taladrado por EDM para formar un orificio longitudinal, como el orificio longitudinal (36) mostrado en la Fig. 3, a lo largo del eje longitudinal del cuerpo de material superduro (50) desde el ápice de la vía de entrada en embudo a través de la cara del segundo extremo (59).

A continuación se describirá un procedimiento para producir un tubo mezclador para AWJ con un orificio longitudinal forrado de material superduro rodeado de un material resistente, conforme a una segunda forma de realización de la presente invención. En referencia a la Fig. 6, se proporciona un cuerpo monolítico de material superduro (60). El cuerpo de material superduro (60) tiene una anchura (62) y un grosor (64) suficientes para proporcionar un grosor de al menos 0,005 pulgadas (0,13 mm), y más preferiblemente de al menos 0,010 pulgadas (0,25 mm), al material superduro que rodea el orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ en el tubo mezclador para AWJ resultante. El cuerpo de material superduro (60) tiene asimismo una longitud (66) suficiente para producir la longitud final del tubo mezclador para AWJ. Se proporcionan asimismo unos cuerpos primero y segundo de material resistente (68), (70), cuyas longitudes, (72) y (74) respectivamente, son suficientes para producir la longitud final del tubo mezclador para AWJ. El primer cuerpo de material resistente (68) tiene un diámetro (76) suficiente para producir las dimensiones exteriores del tubo mezclador para AWJ resultante. El primer cuerpo de material resistente (68) tiene una cavidad (78) adaptada para recibir coextensivamente tanto al cuerpo (60) como a un segundo cuerpo resistente (70), además de material de unión (80). El primer cuerpo de material resistente (68), el cuerpo de material superduro (60), y el material de unión (80) son ensamblados en el ensamblaje (82) de tal forma que el cuerpo de material superduro (60) forma una sección nuclear a lo largo de la línea central longitudinal del ensamblaje (82), con el segundo cuerpo de material resistente (70) y el material de unión (80) rellenando sustancialmente la restante parte de la cavidad (78). Preferiblemente, el cuerpo de material superduro (60) y el segundo cuerpo de material resistente (70) encajan en la cavidad (78) con exactamente el espacio suficiente para recibir el material de unión (80). Se usa una cantidad suficiente de material de unión (80) para unir el ensamblaje (82) con la fuerza y uniformidad suficientes y requeridas para las siguientes etapas de manufactura y para el uso en servicio del tubo mezclador para AWJ resultante. El ensamblaje (82) se mantiene unido usando cualquier forma de fijación que sea apropiada a las circunstancias, para formar el hueco del tubo mezclador para AWJ (84). Cuando el material de unión (80) sea un material de soldadura, se consigue la etapa de unión elevando la temperatura del ensamblaje (82) hasta la temperatura de soldadura apropiada, y seguidamente enfriando el ensamblaje (82) conforme a una tasa de enfriamiento que protegerá la integridad física del hueco del tubo mezclador para AWJ (84). Cuando el material de unión (80) sea un adhesivo, se llevan a cabo las etapas necesarias para el secado del adhesivo. Una vez la unión ha sido completada, se modifican las dimensiones exteriores del hueco del tubo mezclador para AWJ (84) según sea necesario, en este momento o posteriormente, mediante las técnicas de mecanizado conocida por los expertos en la materia como apropiadas al material resistente, a fin de producir las dimensiones finales del tubo mezclador para AWJ. Preferiblemente, las caras de los extremos primero y segundo (86), (88) del hueco del tubo mezclador para AWJ (84) son hechas mutuamente paralelas y perpendiculares al eje longitudinal del hueco del tubo mezclador para AWJ (84). Una vía de entrada en embudo, como la vía de entrada en embudo (34) mostrada en la Fig. 4, es entonces formada en la cara del primer extremo (86), preferiblemente mediante formación por inmersión EDM. Luego se usa el taladrado por EDM para formar el orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ, como el orificio longitudinal (36) mostrado en la Fig. 4, a lo largo del eje longitudinal del hueco del tubo mezclador para AWJ (84) desde el ápice de la vía de entrada en embudo a través de la cara del segundo extremo (88). El mecanizado final del hueco del tubo mezclador para AWJ (84) puede ser luego realizado según sea necesario para producir las dimensiones exteriores finales del tubo mezclador para AWJ.

En una tercera forma de realización de la presente invención, se proporciona una pluralidad de cuerpos individuales de material superduro según el procedimiento anterior, en vez de un cuerpo sencillo de material superduro. En esta forma de realización, cada uno de los cuerpos individuales de material superduro tiene unas caras primera y segunda tales que la distancia entre la primera cara y la segunda cara comprende la longitud del cuerpo individual de material superduro. La forma de realización incluye adosar al menos una cara de cada cuerpo de material superduro, ya sea la primera o la segunda, contra una cara de otro cuerpo de material superduro, ya sea del primer o del segundo extremo, de tal forma que la pluralidad de cuerpos individuales de material superduro forme conjuntamente el núcleo de material superduro del hueco del tubo mezclador para AWJ. En otras palabras, los cuerpos individuales de material superduro están colocados extremo contra extremo para producir la longitud total del núcleo de material superduro del tubo mezclador para AWJ.

La Fig. 7 muestra una vista en sección del tubo mezclador para AWJ (90) hecho conforme esta tercera forma de realización de la presente invención. El tubo mezclador para AWJ (90) incluye una pluralidad de cuerpos individuales de material superduro, los cuerpos de material superduro primero, segundo y tercero (92), (94), (96), que conjuntamente comprenden el núcleo segmentado de material superduro (97). En la condición en la que los cuerpos de material superduros individuales fueron proporcionados antes del ensamblaje, cada uno de los cuerpos de material superduros individual (92), (94), (96) tenían caras en los extremos primero y segundo tales que la distancia entre las caras del primer y del segundo extremo comprendían la longitud de cada cuerpo individual de material superduro. Por ejemplo, el segundo cuerpo de material superduro (94) tenía y aún tiene unas caras en sus extremos (98), (100) que comprenden entre ellas la distancia de la longitud (102) del segundo cuerpo de material superduro (94). De todos modos, durante la formación de la vía de entrada en embudo (34), una parte del primer cuerpo de material superduro (92) fue retirada por mecanización, lo que incluyó lo que era su primera cara en la condición en que fue proporcionada. La cara extrema (104) del primer cuerpo de material superduro (92) se adosa a la cara extrema (98) del segundo cuerpo de material superduro (94) a lo largo de la primera cara en común (106) y la cara extrema (100) del segundo cuerpo de material superduro (94) se adosa a la cara extrema 108 del tercer cuerpo de material superduro (96) a lo largo de la segunda cara en común (110). Es importante que las caras extremas de los cuerpos de material superduro adyacentes sean adosadas entre sí con la suficiente precisión para evitar un excesivo desgaste por erosión en las caras en común adosadas durante la manipulación del tubo mezclador para AWJ resultante. Por ejemplo, las caras extremas (100), (108) de los cuerpos de material superduro adyacentes (94), (96) son adosadas entre sí con la suficiente precisión para evitar un desgaste excesivo por erosión en las caras en común del adosamiento (110) en el tercer tubo mezclador para AWJ (90). Una erosión excesiva es una erosión localizada sustancialmente mayor que la erosión que tiene lugar de forma generalizada a lo largo del orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ. Por tanto, es preferible que cada una de las

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extremas de los cuerpos de material superduro individuales sea mecanizada y/o alisada, dejándola coparalela respecto a la cara que se le va a oponer, así como perpendicular al eje longitudinal del cuerpo de material superduro.

En referencia a la Fig. 8, en una cuarta forma de realización de la presente invención, en la que se usa carburo cementado como el material resistente, el material superduro es proporcionado como parte del compuesto (112). El compuesto (112) consta de una capa de material superduro (114) unido a un sustrato de carburo de tungsteno cementado (116). Preferiblemente, la capa de material superduro (114) está formada de un sustrato de carburo de tungsteno cementado (116) durante el proceso de síntesis del material superduro, y el compuesto (112) es una tira que ha sido mecanizada mediante EDM a partir de un disco compuesto de material superduro y carburo de tungsteno cementado que resultó del proceso de síntesis del material superduro. El compuesto (112) es coextensivamente recibido en la cavidad (118) del cuerpo de material resistente (120) junto con el material de unión (122) de forma que la capa de material superduro (114) forma una sección nuclear a lo largo de la línea central longitudinal del ensamblaje (124), y el sustrato de carburo cementado (116) del compuesto (112) rellena al menos algo, y preferiblemente la totalidad, de la parte restante de la cavidad (118), dejando exactamente el espacio libre suficiente para recibir el material de unión (122). Cuando el compuesto y el material de unión no llenen completamente la cavidad receptora, entonces se proporcionan uno o más cuerpos suplementarios de material resistente usados para rellenar sustancialmente el espacio restante de la cavidad. Luego, el ensamblaje (124) es unido para formar el hueco del tubo mezclador para AWJ (126), que es entonces procesado por medio de las etapas descritas anteriormente para otras formas de realización de la presente invención.

En lo referente a las formas de realización de la presente invención en que se usa un material resistente, se describe el material resistente como suministrado en forma de cuerpo cilíndrico con una cavidad para recibir un cuerpo de material superduro y material resistente adicional para completar el envolvimiento longitudinal del cuerpo de material superduro con material resistente. Sin embargo, la presente invención también incluye procedimientos para ensamblar cualquier configuración de cuerpos de material resistente y de material superduro que puedan ser unidos para formar un hueco de tubo mezclador para AWJ que cuente con un núcleo de material superduro rodeado sustancialmente a lo largo de la longitud del hueco del tubo mezclador para AWJ por material resistente. Las únicas restricciones que contempla la presente invención respecto a dichos procedimientos son que (1) el orificio longitudinal para AWJ esté rodeado de por un grosor de material superduro de al menos 0,005 pulgadas (0,13 mm), y preferiblemente de al menos 0,010 pulgadas (0,25 mm), y (2) cuando se use una pluralidad de cuerpos de material superduro para formar el núcleo de material superduro, que las caras de material superduro adyacentes estén hechas para adosarse entre sí con la suficiente precisión para evitar un excesivo desgaste en las caras en común del adosamiento debido a la erosión durante la manipulación del tubo mezclador para AWJ resultante.

Por ejemplo, en una quinta forma de realización de la presente invención, una parte principal del material resistente no es proporcionada en forma de cuerpo cilíndrico dotado de una cavidad para la recepción de un cuerpo de material superduro, pero en lugar de ello está proporcionada como parte de un compuesto del material resistente y del material superduro. Haciendo referencia a la Fig. 9A, el cuerpo de material superduro (128) es formado en y unido a un surco (130) de un sustrato de tungsteno cementado (132) de disco compuesto (134). El disco compuesto (134) es seccionado, preferiblemente mediante mecanizado por EDM, en tiras como la tira de compuesto (136), teniendo cada tira un cuerpo de material superduro (128) rodeado por tres lados por carburo de tungsteno cementado como el material resistente (138). Se proporciona un cuerpo de cierre de material resistente (140) de un carburo de tungsteno cementado, y se lo coloca sobre la cara (142) de la tira de compuesto (136) junto con el material de unión (144) para formar el ensamblaje (146). Entonces se une el cuerpo de cierre de material resistente (140) a la tira de compuesto (136) para formar el hueco del tubo mezclador para AWJ (148), que es entonces procesado hasta transformarlo en un tubo mezclador para AWJ por medio de las etapas anteriormente descritas para otras formas de realización de la presente invención.

Como ejemplo adicional de las posibles configuraciones de material resistente y cuerpos de material superduro que pueden ser usadas conforme a la presente invención, en una sexta forma de realización, en referencia a la Fig. 10, se proporciona un cuerpo en forma de U de material resistente (150) dotado de una cavidad (152). Se proporciona un cuerpo de material superduro (154) como parte del cuerpo compuesto (156). El cuerpo compuesto (156) comprende el cuerpo de material superduro (154) formado sobre y unido a un sustrato de carburo de tungsteno cementado (158). El cuerpo compuesto (156) es recibido coextensivamente en la cavidad (152) del cuerpo de material resistente en forma de U (150) junto con el material de unión (160) de forma que el cuerpo de material superduro (154) forma una sección nuclear a lo largo de la línea central longitudinal del ensamblaje (162), y el sustrato de carburo de tungsteno cementado (158) del cuerpo compuesto (140) rellena al menos una parte, y preferiblemente la totalidad, de la restante parte de la cavidad (152) dejando exactamente el espacio libre suficiente para recibir el material de unión (160). Entonces se une el ensamblaje (162) para formar el hueco del tubo mezclador para AWJ (164), que es entonces procesado por medio de las etapas anteriormente descritas para otras formas de realización de la presente invención.

En algunas formas de realización de la presente invención en que se forma una vía de entrada en embudo en el tubo mezclador para AWJ de forma que hace que una parte del material resistente quede expuesto en la vía de entrada, la presente invención incluye de forma opcional la etapa de depósito de un recubrimiento duro por deposición en fase de vapor, es decir por deposición física en fase de vapor (PVD) y/o deposición química en fase de vapor (CVD), sobre el material resistente expuesto. Entre los ejemplos de dichos recubrimientos duros se cuentan, de forma no limitativa, diamante, nitruro de titanio, carburo de titanio, carbonitruro de titanio, nitruro de titanio y aluminio, óxido de aluminio, y sus combinaciones. El recubrimiento duro proporciona protección al material resistente subyacente que de otro modo quedaría expuesto a la erosión del chorro de agua a alta velocidad y de las partículas abrasivas entrando por la vía de entrada del tubo mezclador para AWJ. El recubrimiento duro puede consistir en una o más capas y puede ser aplicado o bien directamente sobre el material resistente expuesto o bien sobre una o más capas intermedias de otros materiales depositados para promover la adhesión o durabilidad del recubrimiento duro. El grosor del recubrimiento duro se halla preferiblemente en el intervalo entre 1 y 50 micrómetros.

Por ejemplo, las Figs. 11A y 11B muestran respectivamente la parte de entrada de un tubo mezclador para AWJ preparado según un procedimiento conforme a una séptima forma de realización de la presente invención antes y después de que un recubrimiento de diamante por CVD fuera depositado directamente sobre el material resistente expuesto en la vía de entrada. Haciendo referencia a la Fig. 11A, en esta forma de realización se ha preparado el tubo mezclador para AWJ (166) por medio de las etapas anteriormente descritas para otras formas de realización de la presente invención en las que se forma una vía de entrada. En este caso, la formación de la vía de entrada (34) ha retirado una parte del núcleo de material superduro (44) más cercana al extremo de entrada (31) del tubo mezclador para AWJ (166), provocando que el material resistente (45) tenga una cara expuesta (168) dentro de la vía de entrada (34) adyacente a la cara del núcleo de material superduro (170). En referencia a la Fig. 11B, después de que la vía de entrada (34) haya sido formada, se aplica mediante CVD un recubrimiento de diamante (172) en una o más capas de la cara expuesta de material resistente (168) de la vía de entrada (34). Preferiblemente, el recubrimiento de diamante (172) también se extiende sobre al menos una parte de la cara del núcleo de material superduro (170) de forma que la juntura (174) entre la cara expuesta del material resistente (168) y la cara del núcleo de material superduro (170) es cubierta mediante CVD por el recubrimiento de diamante (172). Las técnicas de depósito de recubrimientos duros mediante CVD son bien conocidas en la técnica y las condiciones necesarias para depositar un recubrimiento duro por CVD en esta etapa pueden ser fácilmente determinadas por un experto en la materia sin tener que recurrir a una experimentación no requerida.

Entre las formas de realización de la presente invención se cuentan tubos mezcladores para AWJ y procedimientos para hacer los mismos, comprendiendo un pasaje de flujo formado por EDM en al menos una pieza de material resistente a la abrasión, en la que al menos parte del pasaje de flujo cuenta con un forro que incluye un material superduro. El grosor del forro de material superduro es preferiblemente como mínimo de aproximadamente 0,005 pulgadas (0,13 mm) y más preferiblemente de al menos aproximadamente 0,010 pulgadas (0,25 mm). Entre estas formas de realización se cuentan los tubos mezcladores para AWJ de componente sencillo así como los tubos mezcladores para AWJ de múltiples componentes, que comprenden una pluralidad de componentes y al menos una conexión, que puede ser una conexión desconectable, conectando un componente con otro de tal forma que el pasaje de flujo de cada uno de los componentes individuales se comunica con cada uno de los otros formando el pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ, y en que el pasaje de flujo de al menos un componente de la pluralidad tiene un forro que comprende un material superduro. Por ejemplo, la presente invención incluye tubos mezcladores para AWJ que comprenden una pieza en la vía de entrada conectada a una pieza del cuerpo del tubo mezclador para AWJ. La presente invención incluye asimismo tubos mezcladores para AWJ que disponen de una sección de salida conectada. Se da por entendido que, como se usa en la presente patente, se considera que un tubo mezclador para AWJ cuenta con una pluralidad de componentes conectados que tienen al menos una conexión si, y sólo si, el tubo mezclador para AWJ que comprende estos componentes y conexión o conexiones es una unidad integral que puede ser manipulada y cargada en un cabezal de corte por AWJ como si fuera una pieza sencilla.

En formas de realización que incluyen una conexión desconectable, es preferible que al menos una de las partes componentes del tubo mezclador para AWJ conectada por dicha conexión desconectable sea potencialmente reutilizable. Según considera la presente invención, una conexión es desconectable en tanto el procedimiento mediante el que se realizó la conexión puede ser invertido para desconectar los componentes sin dañar el componente reutilizable hasta un punto en que quede inapropiado para más uso. Por ejemplo, sin que sirva de limitación, una conexión desconectable puede ser hecha mediante enroscado, ajuste a presión, soldadura o uniendo mediante adhesivos los extremos emparejados de los componentes adyacentes.

En formas de realización de la presente invención que comprenden una o más conexiones entre partes componentes de un tubo mezclador para AWJ, cada conexión está formada de tal manera que el pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ es continuo y libre de obstrucciones, y los componentes adyacentes son adosados entre sí con suficiente precisión para evitar un excesivo desgaste por erosión en sus caras en común durante la manipulación del tubo mezclador para AWJ.

La presente invención incluye asimismo formas de realización en que un tubo mezclador para AWJ dotado de un orificio longitudinal forrado de material superduro incluye una parte del cuerpo del tubo mezclador unida a una pieza de la vía de entrada. La pieza de la vía de entrada en estas formas de realización tiene una vía de entrada en embudo formada por un sustrato de material resistente y por un material superduro formado en la vía de entrada en embudo del sustrato de material resistente. Preferible, pero no necesariamente, la pieza de la vía de entrada dispone asimismo de una sección del orificio que se extiende desde el ápice de su vía de entrada en embudo y el material superduro está asimismo formado en esta sección del orificio. El grosor del material superduro en la vía de entrada en embudo y en la sección de orificio optativa de la pieza de la vía de entrada es al menos aproximadamente de 0,005 pulgadas (0,13 mm) y más preferiblemente de al menos aproximadamente 0,010 pulgadas (0,25 mm). El grosor del material superduro de la pieza de la vía de entrada puede ser el mismo o diferente que el grosor del material superduro de la parte del cuerpo del tubo mezclador para AWJ. La parte del cuerpo del tubo mezclador para AWJ es producida por medio de las etapas anteriormente descritas para otras formas de realización de la presente invención para hacer un tubo mezclador para AWJ que cuente con un orificio longitudinal forrado de material superduro con la excepción de la formación de la parte de la vía de entrada. La pieza de la vía de entrada y de la parte del cuerpo son unidas de tal forma que la línea central de la vía de entrada en embudo de la pieza de la vía de entrada y la línea central del orificio de la parte del cuerpo del tubo mezclador para AWJ son esencialmente colineares. Puede conseguirse la unión mediante el uso de un material de unión como una abrazadera o un adhesivo.

La Fig. 12 muestra el extremo de la vía de entrada de un tubo mezclador para AWJ conforme a una octava forma de realización de la presente invención en que el tubo mezclador para AWJ comprende una pieza en la vía de entrada y un tubo mezclador para la parte del cuerpo para AWJ. En referencia a la Fig. 12, el tubo mezclador para AWJ (176) incluye una pieza en la vía de entrada (178) y una pieza del cuerpo del tubo mezclador para AWJ (180), unidos entre sí. La pieza de la vía de entrada (178) consiste un sustrato de material resistente (182) teniendo una vía de entrada en embudo (184) y una extensión del orificio (186) en que fue formado el material superduro (188). La pieza del cuerpo del tubo mezclador para AWJ (180) incluye el material resistente (45), un núcleo de material superduro (44) y un orificio longitudinal (36). La cara extrema de material superduro (190) de la pieza de la vía de entrada (178) y de la cara extrema del núcleo (192) de la pieza del cuerpo del tubo mezclador para AWJ (180) se adosan una con otra a lo largo de la cara en común (194). Es importante que las caras extremas (190), (192) estén adosadas con la suficiente precisión para evitar un excesivo desgaste por erosión de la cara en común (194) durante la manipulación del tubo mezclador para AWJ resultante.

La Fig. 13 muestra un tubo mezclador para AWJ conforme a una novena forma de realización de la presente invención. Esta forma de realización ilustra el uso de una junta roscada para conectar de forma desconectable los componentes de un tubo mezclador para AWJ conforme a la presente invención. Esta forma de realización también ilustra configuraciones de construcción adicionales que pueden ser usadas para construir tubos mezcladores para AWJ conforme a la presente invención.

En esta forma de realización el tubo mezclador para AWJ (200) comprende una sección superior (202) que está conectada, de forma que pueda ser desconectada, a la sección inferior (204) con la junta roscada (206). La sección superior (202) consiste de un disco compuesto cilíndrico (208) y de uno o más discos de material superduro como, por ejemplo, los discos cilíndricos de material superduro (210-224). Estos discos están protegidos por la cubierta de la sección superior (226). El disco compuesto 208 y el disco de material superduro 210 se extienden radialmente a la cubierta de la sección superior (226). Los discos de material superduro (210-224) no necesitan extenderse hasta esa distancia radialmente y pueden tener algún otro material resistente a la abrasión interpuesto entre su periferia exterior y la sección de su cubierta superior (226).

Cada uno de los discos de material superduro (210-224) puede ser cortado a partir de una pieza mayor de material superduro mediante EDM o por otros medios conocidos por las personas expertas en la materia, o pueden ser sintetizados hasta, o casi hasta, sus dimensiones finales. No es necesario que el grosor en dirección longitudinal sea el mismo en el caso de todos los discos de material superduro (210-224) y puede tener cualquier valor, pero es preferible que cada disco de material superduro (210-224) tenga un grosor en el intervalo comprendido entre aproximadamente 0,06 y aproximadamente 0,2 pulgadas (de 1,5 a 5 mm).

El disco compuesto (208) comprende una capa de carburo de tungsteno (228) y una capa de material superduro (230) unidas entre sí. Es preferible que la unión tenga lugar durante el proceso de formación de la capa de material superduro (230). La capa de carburo de tungsteno (228) forma el reborde (231) en el extremo de entrada (236) del tubo mezclador para AWJ (200). Aunque es posible usar un disco de material superduro en vez del disco compuesto (208), es preferible que el disco en el extremo de entrada (236) del tubo mezclador para AWJ (200) esté hecho de un material compuesto formado por un material superduro y un material resistente a la abrasión que sea menos duro que un material superduro. Esto se debe a que es más fácil formar un rebaje como el rebaje (232), para que reciba el hombro de la cubierta de la sección superior (234) en el reborde (231) con un material resistente a la abrasión de esa clase que con un material superduro. El grosor del material resistente a la abrasión debería ser tan pequeño como fuera posible pero a la vez permitiendo la formación de dicho rebaje.

Es preferible que la transición entre la vía de entrada en embudo y la sección del orificio se halle lejos de una cara en común de un disco compuesto y dos discos de material superduro. La Fig. 13 ilustra esta preferencia al mostrar que la transición (235) entre la vía de entrada en embudo (237) y el orificio longitudinal superior (238) se halla dentro de un disco de material superduro, el disco de material superduro (210), y lejos de dichas caras en común.

La sección superior (202) puede ser construida ensamblando el disco compuesto (208) y los discos de material superduro (210-224) en la cubierta de la sección superior (226) y después puede procederse al mecanizado por EDM de la vía de entrada en embudo (237) y del orificio longitudinal de la sección superior (238). El mecanizado por EDM de estas partes del pasaje de flujo (240) del tubo mezclador para AWJ (200), una vez los discos (208-224) han sido ensamblados juntos, evita uniones erróneas en las junturas de discos adyacentes a lo largo del pasaje de flujo (240), minimizando por tanto la erosión en esos lugares durante la manipulación del tubo mezclador para AWJ (200). Es preferible que las caras adyacentes de los discos adyacentes estén preparados para favorecer su emparejamiento recíproco. Esto puede conseguirse, por ejemplo y sin que sirva de limitación, alisando mediante EDM y/o amolando o puliendo mecánicamente caras en común para que unas se ajusten a los contornos de las otras. Es importante que las caras extremas de los discos de material superduro adyacentes estén adosadas entre sí con precisión suficiente para evitar un excesivo desgaste de las caras en común del adosamiento debido a la erosión durante la manipulación del tubo mezclador para AWJ resultante.

La etapa de ensamblaje de los discos de material superduro puede ser llevada a cabo de diferentes maneras. Por ejemplo, como en el caso de la Fig. 13, los discos (208-224) pueden ser simplemente insertados o presionados unos contra otros dentro de la cubierta del cuerpo superior (226). Como alternativa, los

\hbox{discos}

adyacentes pueden ser unidos mediante adhesivos o mediante soldadura antes o después de que hayan sido insertados en la cubierta. Pueden usarse pequeñas cantidades de un material para juntas o calzos sumamente delgados entre las caras de discos adyacentes de material superduro para mejorar su emparejamiento o para proteger los discos de material superduro de daños durante las manipulaciones de inserción o de ajuste a presión. Es preferible que se use un material espaciador para rellenar cualquier espacio entre los discos de material superduro ensamblados y la cubierta y para fijar la situación de los discos de material superduro en relación con la cubierta.

Haciendo todavía referencia a la Fig. 13, la sección inferior (204) comprende un núcleo de material resistente a la abrasión (242), enganches centradores primero y segundo (244), (246), material espaciador (248), y cubierta de la sección inferior (250). Es preferible que el material resistente a la abrasión, que comprende el núcleo de material resistente a la abrasión (242), sea un material superduro. Un "enganche centrador", en la forma en que el término es usado en la presente patente, es un dispositivo que sirve para centrar una o más piezas de material resistente a la abrasión dentro de la cubierta de un tubo mezclador para AWJ de forma que la pieza o piezas de material resistente son colocadas para alinear apropiadamente el orificio del tubo mezclador para AWJ. Un enganche centrador también sirve para mantener el material resistente a la abrasión centrado en su sitio mientras se inserta un material espaciador entre el material resistente a la abrasión y la cubierta. En las formas de realización que emplean enganches centradores, es posible usar uno o más enganches centradores. Es preferible que los enganches centradores sean de forma tubular y que tengan un diámetro exterior que ajuste firmemente al deslizarse con el diámetro interior de la cubierta en la que ha de ser insertado y un diámetro interior que ajuste firmemente al deslizarse con la pieza o piezas de material resistente a la abrasión que van a contener. Cuando se use un solo enganche centrador con dos piezas de material resistente a la abrasión y éstas sean diferentes entre sí en cuanto a tamaño o forma de la sección transversal, el interior del enganche centrador debe ser adaptado para recibir ajustadamente cada una de las piezas de material resistente a la abrasión. Cualquier resquicio existente entre el interior del enganche centrador y la pieza o piezas de material resistente a la abrasión puede ser rellenado con un material espaciador.

La sección inferior (204) puede ser construida deslizando en primer lugar los enganches centradores primero y segundo (244), (246) en los extremos opuestos del núcleo de material resistente a la abrasión (242). Este ensamblaje es insertado en la sección inferior de la cubierta (250). Luego se introduce el material para rellenar espacios (248) entre la sección inferior de la cubierta (250) y el núcleo de material resistente a la abrasión (242), inyectando el material para rellenar espacios (248) en forma fluida, mediante el puerto de inyección (252). El material espaciador (248) también fluye en cualquier resquicio que pudiera existir entre el núcleo de material resistente a la abrasión (242) y los enganches centradores primero y segundo (244), (246). En este momento es posible mecanizar por EDM el orificio longitudinal de la sección inferior (254) en un núcleo de material resistente a la abrasión (242).

Las secciones superior e inferior (202), (204) están conectadas mutuamente mediante conexiones a rosca de estos dos componentes en la junta (206) hasta que la cara del extremo superior (256) del núcleo de material resistente a la abrasión (242) alcanza un contacto perfecto con la cara del extremo inferior (258) del disco más inferior de material superduro (224). Es preferible que las caras extremas (256), (258) estén condicionadas de forma que se adosen unas a otras con la suficiente precisión para evitar un excesivo desgaste por erosión de su cara en común durante la manipulación del tubo mezclador para AWJ (200). Puede usarse opcionalmente la junta (260) en la juntura de las secciones superior e inferior (202), (204) para ayudar a evitar una apretura excesiva de estos dos componentes de tal manera que se evite dañar el núcleo resistente a la abrasión (242) o el disco más inferior de material superduro (244).

Como se acaba de describir, las partes separadas del pasaje de flujo (240) situadas, respectivamente, en las secciones superior e inferior (202), (204), pueden ser mecanizadas antes de unir estos componentes del tubo mezclador para AWJ (200). Otra opción es esperar hasta después de haber juntado las secciones superior e inferior para hacer parcial o totalmente el mecanizado por EDM del pasaje de flujo (240). El enfoque anterior ofrece la ventaja de facilitar el recambio de componentes desgastados durante el uso del tubo mezclador para AWJ, mientras que el otro enfoque ofrece la ventaja de reducir la probabilidad de emparejamientos defectuosos en la juntura del disco más inferior de material superduro (224) y del núcleo de material resistente a la abrasión (242) y de minimizar la erosión de su cara en común.

Aunque las secciones superior e inferior (202), (204), son componentes del tubo mezclador para AWJ (200), se muestran como teniendo construcciones diferentes, queda entendido que dichos componentes pueden tener construcciones similares. Más aún, la construcción de cada uno de ambos componentes puede estar hecha conforme a cualquier manera o combinación de maneras que pueden haber sido descritas en relación con cualquiera de las formas de realización de la presente invención. Se da por entendido además que las formas de realización de la presente invención que comprenden componentes que están conectados entre sí de manera desconectable pueden incluir cualquier número de componentes y que las longitudes relativas de los componentes pueden asumir cualquier valor.

La Fig. 14 ilustra una décima forma de realización de un tubo mezclador para AWJ conforme a la presente invención. Esta forma de realización ilustra el uso de un material resistente abrasivo distinto del material superduro que forra el orificio en una región intermedia del pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ. En referencia a la Fig. 14, el tubo mezclador para AWJ (300) comprende la sección superior (302), que está conectada de forma desconectable a la sección inferior (304) por la junta roscada (306). Comparando las Figs. 13 y 14, puede verse que el tubo mezclador para AWJ (300) es el mismo que el tubo mezclador para AWJ (200), con la salvedad de que los discos de material superduro (216-224) del tubo mezclador para AWJ (200) han sido sustituidos por el cilindro de material resistente a la abrasión (308), el que no es un material superduro. Aunque la presente invención contempla la posibilidad de forrar cualquier parte del pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ con un material resistente a la abrasión que no sea un material superduro en tanto al menos la parte del pasaje de flujo que es de particular interés para el usuario esté forrada con un material superduro, es preferible, por lo que respecta a maximizar la vida útil del tubo mezclador para AWJ, que se restrinja el uso de material resistente a la abrasión que no sea material superduro a la región del pasaje de flujo en que las partículas abrasivas fluyen como un chorro en columna, dado que una región semejante está menos sometida a desgaste abrasivo durante la manipulación del tubo mezclador para AWJ que lo que lo están las regiones en las que el flujo de partículas no se da como chorro en columna.

La presente invención también incluye entre sus formas de realización todos los tubos mezcladores para AWJ que cuentan con un material superduro como forro del orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ. Es preferible que el forro de material superduro que rodea el orificio longitudinal del tubo mezclador para AWJ cuente con un grosor de al menos 0,005 pulgadas (0,13 mm), y más preferiblemente de al menos 0,010 pulgadas (0,25 mm), en estas formas de realización.

La presente invención también incluye entre sus formas de realización los sistemas de AWJ que cuenten con un tubo mezclador que comprenda un material superduro. Dichas formas de realización incluyen sistemas de AWJ dotados de un tubo mezclador para AWJ que incluye un pasaje de flujo formado por EDM en al menos un material resistente a la abrasión en el que al menos parte del pasaje de flujo cuenta con un forro que incluye un material superduro. Entre estos sistemas de AWJ se cuentan aquellos sistemas de AWJ dotados de tubos mezcladores para AWJ que comprenden una pluralidad de componentes y al menos una conexión, que puede ser una conexión desconectable, conectando un componente con otro de tal forma que el pasaje de flujo de cada uno de los componentes individuales se comunica con cada uno de los otros formando el pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ y en el que el pasaje de flujo de al menos un elemento de la pluralidad cuenta con un forro que comprende un material superduro. Dichos sistemas de AWJ pueden incluir una bomba de refuerzo, un filtro, una bomba intensificadora, bombeo a alta presión, un cabezal de mecanizado por AWJ, un mecanismo de movimiento del cabezal de mecanizado por AWJ, y un depósito colector tales como los descritos en el sistema de técnica anterior ilustrado en la Fig. 1.

Los sistemas de AWJ de la presente invención dotados de un tubo mezclador y que comprenden un material superduro, usan cualquier tipo de partículas abrasivas, incluyendo, sin que sirva de limitación, granate, olivina, alúmina, nitruro de boro cúbico, circonia, carburo de silicio, carburo de boro, diamante, y otros minerales y cerámicas y sus mezclas y combinaciones. Es preferible que dichos sistemas de AWJ usen partículas abrasivas cuya dureza sea mayor que la del granate, por ejemplo la alúmina, el nitruro de boro cúbico, el diamante o sus combinaciones entre sí, así como otros materiales y sus mezclas y combinaciones. En el caso de usar partículas abrasivas como el diamante, es posible recuperar las partículas de diamante a partir de un depósito colector, limpiarlas y reutilizarlas cuando esto sea rentable.

La presente invención incluye procedimientos para usar un sistema de AWJ que comprenda las etapas de (1) proporcionar un tubo mezclador para AWJ dotado de un pasaje de flujo formado por EDM en al menos un material resistente a la abrasión en que al menos parte del pasaje de flujo cuente con un forro que comprenda un material superduro; (2) proporcionar partículas abrasivas; (3) emitir las partículas abrasivas desde el tubo mezclador para AWJ; y (4) mecanizar una pieza de trabajo con las partículas abrasivas emitidas. Un tubo mezclador para AWJ como el proporcionado puede comprender una pluralidad de componentes y al menos una conexión, que puede ser una conexión desconectable, que conecte un componente con otro de tal forma que el pasaje de flujo de cada uno de los componentes individuales comunique con cada uno de los otros formando el pasaje de flujo del tubo mezclador para AWJ, y en el que el pasaje de flujo de al menos uno de los componentes de la pluralidad cuente con un forro que comprenda un material superduro. Por ejemplo y sin que valga como limitación, la presente invención también incluye entre sus formas de realización procedimientos para usar un sistema de AWJ que comprenden las etapas de proporcionar un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo dotado de un orificio longitudinal forrado con un material superduro, proporcionar partículas abrasivas, emitir las partículas abrasivas desde el tubo mezclador para chorro de agua abrasivo, y mecanizar una pieza de trabajo mediante las partículas abrasivas emitidas. Entre dichos procedimientos puede estar incluida la etapa de selección de las partículas abrasivas del grupo que cuenta con nitruro de boro cúbico, diamante, sus mutuas combinaciones y con otros materiales. En el caso de que las partículas abrasivas fueran seleccionadas de este grupo, los procedimientos de la presente invención incluyen mecanizar cualquier tipo de pieza de trabajo, incluyendo piezas de trabajo que comprendan, en su totalidad o en parte, un material cuya dureza es de aproximadamente 9 o más en la escala Mohs. Téngase en cuenta que todas las referencias a la escala Mohs hechas en la presente patente son hechas a la escala de dureza Mohs original en que el diamante tiene un grado Mohs de dureza igual a 10. Como ejemplo de materiales con una dureza de aproximadamente 9 o más, se proponen, sin que valga como limitación, nitruro de diamante y nitruro de boro cúbico.

La presente invención contempla que el material resistente sea cualquier material capaz de ser unido a un material superduro, o de servir para reducir la susceptibilidad del tubo mezclador para AWJ a los daños por parte de fuerzas exteriores, o para facilitar la adaptación del forro del núcleo de material superduro al cabezal de mecanizado por AWJ. Es preferible que el material resistente sea también capaz de reforzar el material superduro de manera que impida que el tubo mezclador para AWJ resulte dañado por la presión trasera del chorro de agua en el caso de que el tubo mezclador para AWJ se obturara durante su manipulación. Como ejemplos de dichos materiales se proponen, sin que valga como limitación, aceros, carburos de tungsteno cementados, cerámicas y cerametales. No obstante, es preferible que, en el caso de los diseños de tubo mezclador para AWJ en los que el material resistente está expuesto a desgaste erosivo por parte del chorro de agua a alta velocidad y las partículas abrasivas durante la manipulación del AWJ, como es el caso de los diseños en los que una parte del material resistente queda expuesta como parte de la vía de entrada en embudo del tubo mezclador para AWJ, el material resistente sea un acero o un carburo de tungsteno cementado. Entre los aceros que se prefieren se incluyen aleaciones resistentes a los abrasivos o aceros de herramienta tales como aceros de los grados 4140, 4340, H13, y A8. Los grados de los carburos de tungsteno cementados que se prefieren incluyen aquellos grados que contienen aproximadamente un porcentaje de su peso de entre 0% y 20% en peso de aglutinante (por ejemplo, aleaciones de cobalto o de cobalto-níquel), más preferiblemente un porcentaje de su peso de aproximadamente entre 6% y 16% en peso de aglutinante.

La presente invención contempla que el material de unión sea cualquier material de unión capaz de unir material superduro al tipo particular de material resistente que se usa durante la práctica de la invención. Aunque en beneficio de la comodidad el material de unión haya sido representado en los dibujos adjuntos en forma de tiras delgadas, la presente invención también contempla el uso de cualquier forma de material de unión que facilite la unión entre el material superduro y los cuerpos de material resistente. Más aún, aunque los procedimientos descritos en la presente patente han descrito el material de unión como ensamblado a los cuerpos de material resistente y de material superduro para formar un ensamblaje, la presente invención contempla asimismo la adición de material de unión por cualquier medio que tenga como resultado que el cuerpo de material resistente y el cuerpo de material superduro queden unidos formando un hueco de tubo mezclador para AWJ. Por ejemplo, la presente invención incluye ensamblar un cuerpo de material resistente y un cuerpo de material superduro, formando un ensamblaje, y seguidamente infiltrar en el ensamblaje un material de unión fluido. Entre los ejemplos de materiales de unión apropiados se cuentan abrazaderas y adhesivos. En el caso de que se use un carburo de tungsteno cementado como material resistente, es preferible que el material de unión sea una aleación de soldadura. Un ejemplo de aleación de soldadura apropiada es una aleación de soldadura que tenga un líquido de 606 C y que contenga 15% de cobre, 16% de cinc, 45% de plata y 24% de cadmio, como Easy-Flo 45, que puede ser obtenida de Handy & Harman of Canada, Limited, 290 Carligview Drive, Rexdale, Ontario, Canadá M9W5G1. En el caso de que se use un acero como material resistente, es preferible que el material de unión sea un adhesivo. Un ejemplo de adhesivo apropiado es un adhesivo en dos partes, orgánico, de secado a temperatura ambiente como Aremco-Bond (TM) 631, que puede obtenerse de Aremco Products, Inc., Apdo. de Correos 429, Ossining, Nueva York 10562.

El PCD disponible comercialmente es apropiado para ser usado con la presente invención. El PCD se ofrece comercialmente en forma de hojas y discos de hasta aproximadamente 0,2 pulgadas (5 mm) de grosor. Los discos de PCD se ofrecen comercialmente en diámetros de hasta 3 pulgadas (78 mm). El PCD se ofrece comercialmente con variedad en cuanto a tamaños de grano y con un contenido metálico desde aproximadamente 4% hasta el 8% del volumen. Este contenido metálico puede incluir, por ejemplo, y sin que sirva de limitación, aleaciones de cobalto o de cobalto-níquel. El tamaño medio del grano de PCD puede estar en el intervalo entre 0,1 y 100 micrómetros. Los ejemplos de grados de PCD que actualmente se ofrecen comercialmente tienen unos tamaños de grano medios de aproximadamente 2, 10, 25, y 75 micrómetros. El PCD apropiado para ser usado con la presente invención puede ser obtenido de Diamond Abrasives Corp, 35 West 45th Street, Nueva York, N.Y. 10036, y de General Electric, 6325 Huntley Road, Box 568, Worthington, Massachussets 43085.

La presente invención contempla que el material resistente a la abrasión incluya materiales superduros, tal como se definen en la presente patente, así como materiales de menor coste conocidos por los expertos en la materia, capaces de resistir sustancialmente la abrasión de las partículas abrasivas que han de ser usadas de forma conjunta con el tubo mezclador para AWJ. Por ejemplo, y sin que valga como limitación, entre dichos materiales de menor coste resistentes a la abrasión se incluye carburo de tungsteno cementado o acero de herramienta. Entre los grados de carburo de tungsteno cementado que se prefieren se incluyen aquellos grados que contienen aproximadamente entre 0% y 10% en peso de aglutinante (por ejemplo, aleaciones de cobalto o de cobalto-níquel), más preferiblemente entre 0% y 3% en peso de aglutinante. Por ejemplo, ROCTEC 100 y ROCTEC 500, que pueden ser obtenidos de Kennametal Inc., de Latrobe, Pa. 15650. Entre los aceros que se prefieren se incluyen aleaciones resistentes a la abrasión o aceros de herramienta como el acero de los grados 4140, 4340, H13, y A8.

La presente invención contempla que entre los materiales apropiados para las cubiertas estén incluidos acero, aluminio, plásticos y otros materiales conocidos por los expertos en la materia por su adaptabilidad para semejante uso. Es preferible que el material de la cubierta sea un material fuerte y elástico.

La presente invención contempla que entre los materiales apropiados para los enganches centradores se incluyan metales y plásticos o cualquier otro material apropiado conocido por los expertos en la materia por su adaptabilidad para semejante uso. Es preferible que el material sea un material elástico, y lo más preferible es que sea un acero bajo en carbono.

La presente invención contempla que el material espaciador sea un material como el metal, el plástico o un compuesto cerámico o cualquier otro material conocido por los expertos en la materia por su capacidad para fijar el material superduro o las demás piezas resistentes a la abrasión que comprenden la vía de entrada y el núcleo del tubo mezclador para AWJ, en su lugar respecto a la cubierta. Es preferible que el material espaciador sea un material capaz de fluir entre los discos y la cubierta y posteriormente endurecerse con muy poco encogimiento. Un ejemplo de carácter no limitativo de semejante material espaciador es el epoxi EP30, que puede ser obtenido de MasterBond Inc., 154 Hobart Street, Hackensack, N.J., EEUU 07601.

La presente invención también contempla que se use cualquier tipo de material para juntas o calzos conocido por los expertos en la materia, entre las caras de los discos adyacentes de material superduro para mejorar su emparejamiento o para proteger el material superduro y las piezas de material resistente a los abrasivos frente a daños durante la operación de fijación a presión. Es posible usar dicho material para juntas y calzos solo o en combinación con otro material para juntas o calzos. Entre los ejemplos, de carácter no limitativo, de semejante material para juntas se incluyen las juntas metálicas. Un ejemplo no limitativo de material apropiado para semejantes calzos es el cobre blando. Es preferible que el grosor del material para juntas y calzos no exceda de aproximadamente 0,005 pulgadas (0,13 mm).

La presente invención también comprende un cuerpo tubular alargado de material superduro y procedimientos para hacer el mismo, teniendo dicho cuerpo tubular alargado de material superduro al menos un orificio formado por EDM que es sustancialmente paralelo al eje longitudinal del cuerpo tubular alargado de material superduro. En dichos cuerpos tubulares alargados de material superduro, la proporción entre la longitud del orificio y el diámetro del orificio es de aproximadamente 20 a aproximadamente 400. La longitud de dicho cuerpo tubular alargado de material superduro es de al menos aproximadamente 0,24 pulgadas (6 mm) y lo preferible es que sea de aproximadamente 1 pulgada (25 mm). Del mismo modo, la longitud del orificio de dicho cuerpo tubular alargado es al menos de aproximadamente 0,24 pulgadas (6 mm) y lo preferible es que sea de aproximadamente 1 pulgada (25 mm). El diámetro del orificio de dicho cuerpo tubular alargado de material superduro se hallará preferiblemente en el intervalo entre aproximadamente 0,005 y aproximadamente 0,19 pulgadas (de 0,13 a 4,8 mm) y más preferiblemente en el intervalo entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 0,065 pulgadas (de 0,25 a 1,7 mm). Por ejemplo, en referencia a la Fig. 15, el cuerpo tubular alargado de material superduro (400), tiene una longitud de orificio (402) y un diámetro de orificio (404). El cuerpo tubular alargado de material superduro (400) tiene asimismo un orificio (406) formado por EDM. El orificio (406) es sustancialmente paralelo al eje longitudinal (408) del cuerpo tubular alargado de material superduro (400).

Dicho cuerpo tubular alargado de material superduro puede ser hecho, en primer lugar, formando un cuerpo alargado de material superduro, y después formando al menos un orificio en el mismo mediante mecanizado por EDM. Es preferible que el cuerpo alargado de material superduro sea cortado mediante EDM a partir de una hoja o disco sólidos de PCD. Dicho cuerpo tubular alargado de material superduro puede ser usado en un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la forma descrita en la presente patente, o puede ser usado en cualquier otra aplicación en que fuera conveniente un pasaje o conducto altamente resistente a la abrasión (por ejemplo, toberas de chorro de arena, de chorro de polvo o de chorro de agua; toberas de pintura; y toberas pulverizadoras tales como toberas pulverizadoras de secado).

La presente invención comprende asimismo cilindros de material superduro con longitudes de aproximadamente 0,2 pulgadas (5 mm) o más, y con diámetros de aproximadamente 0,2 pulgadas (5 mm) o menos, y tanto con un pasaje rectilíneo como con un pasaje cónico o con una combinación de pasaje rectilíneo y de pasaje cónico, a lo largo de sus líneas centrales longitudinales, formados mediante mecanizado por EDM. Dichos cilindros de material superduro comprenden un material superduro o un compuesto de material superduro unido a otro material resistente a la abrasión. En el caso de que un cilindro de material superduro comprenda un compuesto, lo preferible es que el material resistente a la abrasión, aunque no superduro, consista en carburo de tungsteno.

La Fig. 16A muestra una forma de realización de un cilindro de material superduro, el primer cilindro superduro (500), con un pasaje rectilíneo, el primer pasaje rectilíneo (502). La Fig. 16B muestra una forma de realización un cilindro de material superduro, el segundo cilindro de material superduro (504), dotado de una sección cónica, primera sección cónica (506). La Fig. 16C muestra una forma de realización de un cilindro de material superduro, el tercer cilindro de material superduro (508), dotado de una combinación de sección cónica, segunda sección cónica (510), y de sección rectilínea, segunda sección rectilínea (512). En la Fig. 16D se muestra una forma de realización de un cilindro de material superduro, compuesto (514), comprendiendo un compuesto de material superduro (516) y otro material resistente a la abrasión (518), dotado de una sección cónica, la tercera sección cónica (520). Es preferible que el cilindro compuesto (514) incluya el rebaje (522) para recibir el hombro de una cubierta, como el hombro de la sección inferior de la cubierta (234), que puede verse de forma óptima en la Fig. 13.

En el caso de que dicho cilindro de material superduro contuviera un pasaje rectilíneo, ya sea solo o en combinación con un pasaje cónico, lo preferible es que la proporción entre la longitud del cilindro y el diámetro del pasaje sea al menos de 3 a 1, y más preferiblemente de al menos 6 a 1, y más preferiblemente de al menos 10 a 1, dado que esta proporción hace a los cilindros de material superduro especialmente útiles de cara a las aplicaciones que transportan fluido abrasivo, por ejemplo, y sin que valga como limitación, como parte de los tubos mezcladores para AWJ.

Dicho cilindro de material superduro puede ser hecho formando en primer lugar un cuerpo cilíndrico y luego mecanizando por EDM el pasaje o combinación de pasajes que se desee en el mismo. Es preferible que el cuerpo cilíndrico sea cortado por EDM a partir de una hoja sólida o de un disco de PCD. Dicho cilindro de material superduro puede ser usado en un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo tal como se describe en la presente patente, o puede ser usado en cualquier otra aplicación en la que fuera conveniente un pasaje o conducto de alta resistencia a la abrasión (por ejemplo, toberas de chorro de arena, de chorro de polvo, o de chorro de agua; toberas de pintura; y toberas pulverizadoras tales como las toberas pulverizadoras de secado).

Claims

1. Un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo que comprende un pasaje de flujo longitudinal en el que al menos parte del pasaje de flujo tiene un forro que comprende un cuerpo monolítico sinterizado que comprende PCD o PCBN.

2. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 1 que comprende además un material resistente que rodea sustancialmente el cuerpo monolítico sinterizado a lo largo de la longitud del tubo mezclador.

3. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 2 en el que el material resistente comprende un acero.

4. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 2 en el que el material resistente comprende un carburo de tungsteno cementado.

5. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 1 que comprende además una vía de entrada en embudo con acceso al orificio longitudinal, disponiendo dicha vía de entrada de un revestimiento duro depositado por deposición de vapor sobre una superficie de la vía de entrada en embudo.

6. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 1 en el que dicho pasaje de flujo incluye un orificio formado por mecanizado EDM, siendo dicho orificio sustancialmente paralelo a un eje longitudinal del cuerpo monolítico sinterizado y tiene un diámetro, y en el que la proporción entre la longitud del orificio y el diámetro del orificio está en el intervalo de 20 a 400.

7. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 5 en el que el revestimiento duro depositado por deposición de vapor está seleccionado del grupo formado por diamante, nitruro de titanio, carburo de titanio, carbonitruro de titanio, nitruro alumínico de titanio, óxido de aluminio, y sus combinaciones.

8. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 1 en el que el cuerpo monolítico sinterizado incluye PCD.

9. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de las reivindicaciones 1 u 8 en el que el pasaje de flujo está formado por mecanización EDM;

teniendo dicho cuerpo monolítico sinterizado un grosor de al menos 0,005 pulgadas (0,13 mm).

10. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 7 en el que dicho tubo mezclador comprende una pluralidad de componentes;

en el que dicha pluralidad de componentes incluye una parte de dicho pasaje de flujo.

11. El tubo mezclador para chorro de agua abrasivo de la reivindicación 10 en el que al menos uno de dichos componentes comprende además una cubierta y un material espaciador, y entre la cubierta y al menos una de dichas piezas de material resistente a la abrasión.

12. Un procedimiento para producir un tubo mezclador para chorro de agua abrasivo, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

a): proporcionar al menos un cuerpo monolítico sinterizado de material superduro; y

b): mecanizar por EDM un orificio longitudinal a través de al menos un cuerpo sinterizado de material superduro.

13. El procedimiento de la Reivindicación 12 en el que al menos un cuerpo sinterizado de material superduro tiene un primer extremo, comprendiendo el procedimiento además la etapa de mecanizado por EDM de una vía de entrada en embudo en el primer extremo de al menos un cuerpo sinterizado de material superduro.

14. El procedimiento de la reivindicación 13 que comprende además la etapa de depositar un revestimiento duro mediante la deposición de vapor sobre una superficie de la vía de entrada en embudo.

15. El procedimiento de la reivindicación 14 que comprende además la etapa de seleccionar el revestimiento duro del grupo formado por diamante, nitruro de titanio, carburo de titanio, carbonitruro de titanio, nitruro de titanio y aluminio, óxido de aluminio, y sus combinaciones.

16. El procedimiento de la reivindicación 12 en el que el cuerpo sinterizado de material superduro incluye PCD.

17. El procedimiento de la reivindicación 16 que comprende además la etapa de:

rodear al menos un cuerpo sinterizado de material superduro con un material resistente para formar un hueco de tubo mezclador para chorro de agua abrasivo que cuente con un núcleo de material superduro.

18. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que al menos un cuerpo sinterizado de material superduro consiste en una pluralidad de cuerpos individuales sinterizados de material superduro, teniendo cada uno de dichos cuerpos individuales sinterizados de material superduro caras en el primer y el segundo extremo tales que la distancia entre la primera y la segunda cara comprenden la longitud del cuerpo individual de material superduro sinterizado, comprendiendo el procedimiento además la etapa de adosar al menos una de dichas caras de los extremos primero y segundo de cada cuerpo individual de material superduro sinterizado contra una de dichas primera o segunda cara de extremo de otro de dichos cuerpos individuales de material superduro sinterizado de forma que la pluralidad de cuerpos individuales de material superduro sinterizado forme reunida un núcleo de material superduro del hueco para el chorro de agua abrasivo.

19. El procedimiento de la reivindicación 17 en el que el material resistente comprende un carburo de tungsteno cementado.

20. El procedimiento de la reivindicación 12 en el que el orificio longitudinal cuenta con un grosor del forro del cuerpo de material superduro sinterizado de al menos 0,005 pulgadas (0,13 mm).