ES2307199T3

ES2307199T3 - FOCUS NOZZLE

Info

Publication number: ES2307199T3
Application number: ES05769987T
Authority: ES
Inventors: Rolf Kosters
Original assignee: Ceratizit Austria GmbH
Current assignee: Ceratizit Austria GmbH
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2008-11-16
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: DE502005004834D1; EP1796875A1; DK1796875T3; AT7925U1; CA2577151C; PL1796875T3; ATE401992T1; CA2577151A1; WO2006017873A1; MX2007001816A; US20070161341A1; EP1796875B1

Abstract

Boquilla de enfoque para el corte abrasivo por chorro de agua compuesta por un cuerpo de boquilla de metal duro que está atravesado por un taladro para enfocar el chorro de corte y en la que al menos la pared del taladro está provista de un recubrimiento de material duro de una o varias capas, caracterizada porque el recubrimiento de material duro presenta al menos en la superficie libre una capa con proporción de nitruro de titanio.Focus nozzle for water jet abrasive cutting consisting of a hard metal nozzle body that is traversed by a drill to focus the cutting jet and in which at least the wall of the hole is provided with a hard material coating of one or several layers, characterized in that the hard material coating has at least one layer with a proportion of titanium nitride on the free surface.

Description

Boquilla de enfoque.Focus nozzle

La invención se refiere a una boquilla de enfoque para el corte abrasivo por chorro de agua compuesta por un cuerpo de boquilla de metal duro que está atravesado por un taladro para enfocar el chorro de corte y en la que al menos la pared del taladro está provista de un recubrimiento de material duro de una o varias capas.The invention relates to a nozzle of approach to abrasive water jet cutting consisting of a hard metal nozzle body that is pierced by a drill to focus the cutting jet and on which at least the wall of the drill is provided with a hard material coating of one or several layers.

Boquillas de enfoque de este tipo son constituyente de los cabezales de corte para el corte abrasivo por chorro de agua, en los que el chorro de agua para corte y el abrasivo usado para cortar, como corindón o arena, se mezclan en una cámara de mezclado para aumentar la acción de corte del chorro de agua para corte. Las boquillas de enfoque sirven para acelerar y centrar el chorro de agua y del abrasivo introducido simultáneamente. Para mejorar el mezclado del abrasivo en el chorro de agua, las boquillas de enfoque están ensanchadas generalmente con forma de embudo en la parte de admisión, el taladro adyacente a ésta, que atraviesa la boquilla de enfoque, presenta un diámetro en el intervalo de aproximadamente 0,2 - 1,5 mm. A pesar de la envoltura del abrasivo con el chorro de agua, las boquillas de enfoque están sometidas a un desgaste muy fuerte. Con un desgaste demasiado fuerte de la pared del taladro, la acción de centrado ya no es suficiente y la boquilla debe cambiarse. Debido a que cada cambio de boquilla está unido a una interrupción más larga y con ello más cara de la secuencia de operación, en el pasado se llevaron a cabo esfuerzos considerables por aumentar lo más ampliamente posible la vida útil de tales boquillas de enfoque. Entonces, para las boquillas de enfoque de este tipo se utilizaron múltiples aleaciones de metales duros con alta resistencia al desgaste basadas en carburo de wolframio con proporciones muy pequeñas de metales de enlace o también materiales cerámicos. Pero las vidas útiles que podían alcanzarse con el uso de estos materiales de alta calidad tampoco eran suficientemente satisfactorias.Focus nozzles of this type are constituent of the cutting heads for abrasive cutting by water jet, in which the water jet for cutting and the abrasive used to cut, such as corundum or sand, mix in a mixing chamber to increase the cutting action of the jet of water for cutting. The focus nozzles serve to accelerate and center the water jet and the abrasive introduced simultaneously. To improve mixing of abrasive in the jet of water, the focus nozzles are generally widened funnel-shaped in the intake part, the hole adjacent to this one, that crosses the focus nozzle, has a diameter in the range of approximately 0.2-1.5 mm. In spite of the abrasive wrap with water jet, nozzles Focus are subject to very strong wear. With wear too strong of the drill wall, the centering action already It is not enough and the nozzle should be changed. Because each nozzle change is attached to a longer interruption and with it more expensive in the sequence of operation, in the past it made considerable efforts to increase the most The service life of such focus nozzles is widely possible. So, for the focus nozzles of this type were used multiple hard metal alloys with high resistance to wear based on tungsten carbide with very proportions Small bonding metals or ceramic materials. But the useful lives that could be achieved with the use of these high quality materials were also not enough satisfactory

Por tanto, para seguir aumentando la vida útil se ha intentado proteger la pared interior de la boquilla de centrado perforada del desgaste excesivo mediante capas de material duro. En este sentido, el problema es que es difícil proveer de una capa protectora de material duro de forma homogénea las paredes interiores de estos taladros proporcionalmente largos con pequeño diámetro.Therefore, to continue increasing the useful life An attempt was made to protect the inside wall of the nozzle from perforated centering of excessive wear by layers of material Lasted. In this sense, the problem is that it is difficult to provide a protective layer of hard material homogeneously the walls interiors of these proportionally long drills with small diameter.

Así, por ejemplo, el documento WO98/15386 describe una boquilla de enfoque que en la pared interior está provista de una capa diamantina resistente al desgaste de carbono amorfo (DLC). La aplicación de la capa tiene lugar mediante un procedimiento de recubrimiento por láser-arco en el que debe producirse a vacío un plasma sumamente activado mediante una descarga de arco voltaico pulsado entre una fuente del material de recubrimiento y de la boquilla que va a recubrirse. Además, la superficie que va a recubrirse debe ser libremente accesible, de manera que la boquilla de enfoque debe subdividirse en varios segmentos para el recubrimiento de la pared del taladro y estos segmentos se unen herméticamente de nuevo después de tener lugar el recubrimiento, lo que está unido a un gasto considerable.Thus, for example, WO98 / 15386 describes a focus nozzle that is on the inner wall provided with a carbon wear resistant diamond coating amorphous (DLC). The application of the layer takes place through a laser-arc coating procedure in the that a highly activated plasma must be produced under vacuum by a pulsed arc discharge between a source of the material of coating and of the nozzle to be coated. Besides, the surface to be covered must be freely accessible, of so that the focus nozzle should be subdivided into several segments for the wall covering of the drill and these segments are tightly joined again after the coating, which is linked to considerable expense.

Por tanto, el objetivo de la presente invención es proveer la pared interior de una boquilla de enfoque de metal duro de un recubrimiento que sea suficientemente resistente al desgaste y, al mismo tiempo, pueda aplicarse fácilmente sin una costosa segmentación de la boquilla.Therefore, the objective of the present invention is to provide the inner wall of a metal focus nozzle hard of a coating that is sufficiently resistant to wear and, at the same time, can be easily applied without a expensive nozzle segmentation.

Según la invención, esto se consigue siempre que el recubrimiento de material duro presente al menos en la superficie libre una capa con proporción de nitruro de titanio. No era de esperar que mediante el uso de un recubrimiento de este tipo como capa de material duro se consiguiera una mejora esencial de la resistencia al desgaste en boquillas de enfoque, ya que las durezas de la capa que se encuentra en la superficie con la proporción de nitruro de titanio son poco más altas que las durezas del material base de metal duro usado y son claramente más pequeñas que las durezas de una capa diamantina (DLC) que ya se utiliza para el recubrimiento de boquillas de enfoque de este tipo correspondientemente al estado de la técnica descrito al principio. El recubrimiento según la invención puede fabricarse de una o varias capas, también con aplicación de otras capas de material duro, sólo importa que la capa que se encuentra en la superficie presente una proporción de nitruro de titanio. Además de nitruro de titanio puro, para esta capa superficial también son posibles, por ejemplo, carbonitruro de titanio u oxicarbonitruro de titanio. Aunque con el recubrimiento según la invención no se consigue completamente la dureza de las capas de DLC conocidas, es posible la aplicación sin problemas del recubrimiento según la invención mediante el procedimiento de CVD. En este procedimiento de recubrimiento, los gases de reacción pueden dirigirse selectivamente por el taladro de la boquilla de enfoque, de manera que puede evitarse la costosa reiterada segmentación del cuerpo de boquilla correspondientemente al estado de la técnica. El aumento de la vida útil de las boquillas de enfoque con el recubrimiento según la invención en comparación con boquillas de enfoque de metal duro sin recubrir es extraordinario y es suficiente hasta para duplicar la vida útil.According to the invention, this is achieved provided that the hard material coating present at least in the free surface a layer with proportion of titanium nitride. Do not It was expected that by using such a coating as a hard material layer an essential improvement of the wear resistance in focus nozzles, since hardnesses of the layer that is on the surface with the proportion of titanium nitride are slightly higher than the hardnesses of the material used carbide base and are clearly smaller than hardness of a diamond layer (DLC) that is already used for coating of focus nozzles of this type corresponding to the state of the art described at the beginning. The coating according to the invention can be made of one or several layers, also with application of other layers of material hard, it only matters that the layer that is on the surface present a proportion of titanium nitride. In addition to nitride Pure titanium, for this surface layer are also possible, by example, titanium carbonitride or titanium oxycarbonitride. Although the coating according to the invention is not achieved completely hardness of known DLC layers, it is possible to trouble-free application of the coating according to the invention through the CVD procedure. In this procedure of coating, the reaction gases can be directed selectively by the drill of the focus nozzle, so that the costly repeated segmentation of the body of nozzle corresponding to the state of the art. Increasing of the service life of the focusing nozzles with the coating according to the invention compared to metal focusing nozzles hard uncoated is extraordinary and is enough even for double the shelf life.

El sorprendente efecto que aumenta la vida útil debido a la pequeña diferencia de dureza entre el material base y el recubrimiento se atribuye probablemente a que en las boquillas de enfoque de metal duro sin recubrir se produce, a causa de las húmedas condiciones de funcionamiento reforzadas por los bajos valores de pH actualmente presentes, una corrosión superficial que produce una liberación del metal de enlace de la aleación de metal duro. El esqueleto de material duro superficial restante presenta, en comparación con una aleación de metal duro unida completamente con el metal de enlace, una resistencia a la abrasión claramente menor. Mediante el recubrimiento según la invención se evita en gran parte una corrosión superficial y con ello una liberación del ligante.The amazing effect that increases the shelf life due to the small difference in hardness between the base material and the coating is probably attributed to that in the nozzles of uncoated carbide approach occurs, because of the wet operating conditions reinforced by the bass pH values currently present, a surface corrosion that produces a release of the metal alloy bonding metal Lasted. The skeleton of the remaining surface hard material presents, compared to a fully bonded hard metal alloy With the bonding metal, an abrasion resistance clearly Minor. By means of the coating according to the invention it is avoided in largely a superficial corrosion and with it a release of binder.

Incluso cuando se trabaja con abrasivos, en los que debido a un alto valor de pH no se produce la liberación esencial del metal de enlace, puede comprobarse mediante el recubrimiento según la invención una clara mejora de la vida útil, que se atribuye al efecto de alisado adicional del recubrimiento, sobre todo en la zona inmediatamente posterior al cono de entrada de la boquilla de enfoque. La zona de chorro incoherente se estabiliza claramente de forma más rápida debido a la superficie más lisa en esta zona, por lo que el desgaste se reduce fuertemente.Even when working with abrasives, in that due to a high pH value the release does not occur Essential metal link, can be checked by coating according to the invention a clear improvement of the shelf life, which is attributed to the additional smoothing effect of the coating, especially in the area immediately after the entrance cone of the focus nozzle. The incoherent jet zone is Clearly stabilizes faster due to surface smoother in this area, so wear is reduced strongly.

Ha demostrado ser especialmente favorable realizar el recubrimiento de material duro como una capa de nitruro de titanio o carbonitruro de titanio de un capa.It has proved especially favorable make the coating of hard material like a nitride layer of titanium or titanium carbonitride of a layer.

Los grosores más apropiados de la capa para el recubrimiento de material duro están en el intervalo de 1 -15 \mum.The most appropriate thicknesses of the layer for the Hard material coating are in the range of 1 -15 \ mum.

La aplicación de capas con proporción de nitruro de titanio puede realizarse especialmente bien mediante el procedimiento de CVD (deposición química de vapor). Estos procedimientos ofrecen la gran ventaja de que los gases de reacción pueden guiarse con facilidad, de manera que las capas de material duro fabricadas con ellos también pueden depositarse en sitios de acceso difícil y, por tanto, las paredes interiores de los estrechos taladros de las boquillas de enfoque también pueden recubrirse sin problemas.The application of layers with nitride ratio Titanium can be performed especially well by the CVD procedure (chemical vapor deposition). These procedures offer the great advantage that the reaction gases they can be easily guided, so that the layers of material hard made with them can also be deposited in sites of difficult access and therefore the inner walls of the narrow Focus nozzle drills can also be coated without problems.

Como material base para la boquilla de enfoque ha dado buen resultado un metal duro con hasta el 1,5% en peso de cobalto como metal de enlace, hasta el 3% en peso de carburos mixtos y carburo de wolframio con un tamaño de grano de menos de 0,4 \mum como resto.As the base material for the focus nozzle a hard metal with up to 1.5% by weight of cobalt as a bonding metal, up to 3% by weight of mixed carbides and tungsten carbide with a grain size of less than 0.4 \ mum as rest.

A continuación se explica más detalladamente la invención mediante ejemplos.The following explains in more detail the invention by examples.

Ejemplo 1Example one

Se fabricaron boquillas de enfoque de 76 mm de longitud, 9 mm de diámetro externo y 0,7 mm de diámetro del taladro mediante moldeo por extrusión y sinterización a partir de una aleación de metal duro con 1% en peso de cobalto como metal de enlace y carburo de wolframio con 0,2 \mum de tamaño medio de grano como resto. Las boquillas de enfoque presentaron una dureza de 2550 HV_{10}. A continuación, una parte de las boquillas de enfoque se recubrieron en la superficie, incluida la pared del taladro, con un procedimiento de CVD a temperatura media con una capa de TiN de 6,5 \mum de grosor. La dureza de la capa ascendió a aproximadamente 2450 HV_{01}. Las boquillas de enfoque presentaron una coloración dorada. En un ensayo comparativo, una parte de las boquillas de enfoque recubiertas según la invención se utilizaron con boquillas de referencia sin recubrir en condiciones cercanas a la realidad para cortar con chorro de agua. La presión del agua ascendió a 2250 bar, a un valor de pH del de agua de 6,1. Como abrasivo se usó arena con un tamaño medio de grano de 260 \mum y una cantidad de alimentación de 9 g/s. Como resultado se comprobaron aumentos de la vida útil de las boquillas de enfoque recubiertas en comparación con las boquillas de enfoque sin recubrir en el intervalo del factor de 1,8 a 2,1.76 mm focusing nozzles were manufactured from length, 9 mm external diameter and 0.7 mm bore diameter by extrusion molding and sintering from a hard metal alloy with 1% cobalt by weight as metal of tungsten carbide and bond with 0.2 µm of average size of grain as rest. The focus nozzles presented a hardness of 2550 HV_ {10}. Then a part of the nozzles of approach were coated on the surface, including the wall of the drill, with a medium temperature CVD procedure with a TiN layer 6.5 µm thick. The hardness of the layer amounted to approximately 2450 HV_ {01}. Focus nozzles They had a golden color. In a comparative trial, a part of the coated focusing nozzles according to the invention is used with reference nozzles uncoated in conditions close to reality to cut with water jet. The pressure of water rose to 2250 bar, at a pH value of water of 6.1. As abrasive, sand with an average grain size of 260 was used um and a feed amount of 9 g / s. As a result checked increases in life of focus nozzles coated compared to uncoated focus nozzles in the factor range from 1.8 to 2.1.

Ejemplo 2Example 2

Se fabricaron boquillas de enfoque correspondientemente al ejemplo 1. Una parte de estas boquillas de enfoque se proveyó en la superficie, incluida la pared del taladro, con un procedimiento de CVD a temperatura media de un recubrimiento de dos capas de material duro de una capa de TiCN de 8 \mum de grosor y una capa de TiN de 4 \mum de grosor, en el que la capa superior del recubrimiento era la capa de TiN. La dureza del recubrimiento fue de aproximadamente 2450 HV_{01}. En el ensayo comparativo de las boquillas de enfoque recubiertas según la invención y las boquillas de referencia sin recubrir para el corte con chorro de agua, la presión del agua ascendió a 2250 bar, el valor de pH del agua era de 7,3. Como abrasivo se utilizó de nuevo arena con una granulometría de 260 \mum y una cantidad de alimentación de 9 g/s. Como resultado se comprobaron aumentos de la vida útil de las boquillas de enfoque recubiertas según la invención en comparación con las boquillas de referencia sin recubrir en el intervalo del factor de 1,3 a 1,6.Focus nozzles were manufactured corresponding to example 1. A part of these nozzles of focus was provided on the surface, including the drill wall, with a medium temperature CVD procedure of a coating two layers of hard material from an 8 µm TiCN layer of thickness and a 4 µm thick TiN layer, in which the layer top of the coating was the TiN layer. The hardness of coating was approximately 2450 HV 01. In the trial comparative of the focusing nozzles coated according to the invention and uncoated reference nozzles for cutting with water jet, the water pressure amounted to 2250 bar, the Water pH value was 7.3. As abrasive it was used again sand with a particle size of 260 µm and an amount of 9 g / s feed. As a result, increases in Shelf life of coated focusing nozzles according to the invention compared to uncoated reference nozzles in the factor range from 1.3 to 1.6.

Claims

1. Focus nozzle for water jet abrasive cutting consisting of a hard metal nozzle body that is traversed by a drill to focus the cutting jet and in which at least the wall of the hole is provided with a coating of hard material of one or several layers, characterized in that the coating of hard material has at least one layer with a proportion of titanium nitride on the free surface.

2. Focus nozzle for water jet abrasive cutting according to claim 1, characterized in that the hard material coating is made as a layer of titanium nitride or titanium carbonitride of a layer.

3. Focus nozzle for water jet abrasive cutting according to claim 1 or 2, characterized in that the layer thickness of the hard material coating is in the range of 1 to 15 µm.

4. Focus nozzle for water jet abrasive cutting according to one of claims 1 to 3, characterized in that the layer is applied by the CVD method.

5. Focus nozzle for water jet abrasive cutting according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hard metal for the basic body is composed of up to 1.5% by weight of cobalt as a link metal, up to 3% by weight of mixed carbides and tungsten carbide with a grain size of less than 0.4 µm as the rest.