高壓水射流加工

高壓水射流加工,Norman Franz 博士一直被公認為水加工之父。他是研究超高壓(UHP)水加工的第一人。

起源

Norman Franz 博士一直被公認為水加工之父。他是研究超高壓(UHP)水加工的第一人。超高壓的定義是高於30000 psi。Franz 博士是一名林業工程師,他想尋找一種把大樹幹切割成木材的新方法。1950 年,Franz 第一次把很重的重物放到水柱上,迫使水通過一個很小的噴嘴。他獲得了短暫的高壓射流(多次超過了現在使用的壓力),並能夠切割木頭和其它材料。他後來的研究涉及更為連續的水流,但他發現獲得連續高壓非常困難。同時,零件的壽命也以分鐘計算,而不是今天的數周或數月。
1979 年,Mohamed hashish 博士在福祿研究室工作,開始研究增加水加工切割能量的方法,以便切割金屬和其它硬質材料。Hashish 博士被公認為加砂水刀水加工之父,他發明了在普通水刀中添加砂料的方法。 他使用石榴石(砂紙上常用的一種材料)作為砂料。憑藉這種方法,水加工(含有砂料)能夠切割幾乎任何材料。
1980 年,加砂水刀第一次被用於切割金屬、玻璃和混凝土。1983 年,世界上第一套商業化的加砂水刀切割系統問世,被用於切割汽車玻璃。該技術的第一批用戶是航空航天工業,他們發現水刀是切割軍用飛機所用的不鏽鋼、鈦和高強度輕型合成材料以及碳纖維複合材料的理想工具(現在已用於民用飛機)。從那以後,加砂水刀被許多其它工業採納,例如加工廠、石料、瓷磚、玻璃、噴氣發動機、建築、核工業、船廠等等。

原理

由於速度越快物體具有的動能就越大,水在高壓下就獲得了巨大的動能,由於水流很細,所以再接觸物體時動能轉化成的彈力的作用點十分集中,轉化而來的彈力十分巨大,足以斷石分金. 加入砂質磨料後,先在水加工作用下使得物體接觸水加工的部位發生形變,一部分淹沒劑就會與物體發生摩擦,進而加速切割物體的能力和速度.因為加入砂質磨料後,水流的質量增大,高速水流具有的動能就更大,在流速相同的情況下對外做功的本領就更大,從而切割能力大大提高。
水經過一個超高壓加壓器,將水加壓至4,000 bar (60,000psi),然後通過一個細小的噴嘴(其直徑為0.004英寸至0.016英寸),可產生一道每秒達750米(約音速的2.5倍)的水箭,此道水箭可做各種表面加工。要做到這點,對水、管道、噴口都有比較高的需求。如管道,水加工是用高壓工具把水加壓後射出來的,必須擁有極高的壓力才能把堅硬的切割材料切開,所以管道必須能承受極高的壓力,這個壓力遠遠大於700兆帕,因為薄鋼板(被切割材料)本身就能承受700兆帕的壓力。
水加工用的水完全沒有雜質是不對的。因為水壓遠遠大於700兆帕,那么對於管道等密封設備而言,無論密封性能多么好,純水總會使它們磨損而滲漏。為了解決這個問題,水加工用水就要加入5%的可溶性乳化油,提高密封效果。對於高壓泵,也要加入一些油液提高其密封性能 。
水加工的噴嘴是用硬質合金、藍寶石等材料做成的,噴口直徑僅0.05毫米,而且孔內壁光滑平整,能承受1700兆帕的壓力,所以噴出來的高壓水能像刀一樣切割材料。有些水還加入了一些長鏈聚合物,如聚乙烯氧化物,增加水的“黏度”,使噴出的水猶如一條“細線 。
泵是水加工系統的核心成員。對水進行加壓並連續輸出水流,從而讓切割刀頭把高壓水變為超音速水射流。水加工套用可以採用兩種泵-增壓泵和直接驅動泵。
直接驅動泵的工作方式與在噴漆前沖洗房屋或甲板時所用的低壓“壓力清洗器”一樣。它是一種直接由電機驅動三個活塞產生運動的三級泵。因為其簡單可靠,這些泵得到了水加工工業的認可。直接驅動泵能夠提供的最大連續工作壓力比增壓泵低10% 到25%(直接驅動泵為 20K 到50K 、增壓泵為40 K 到60K )。

類型

從本質上講,有兩類水加工:(1)純水水加工和(2) 加砂水加工。設備設計為只能使用純水水加工、只能使用加砂水加工、或二者均可。無論何種形式,必須首先對水加壓。

特點

1、 可切割範圍廣
可以切割絕大部分材料,如:金屬,大理石,玻璃 等等。
2、 切割質量好
平滑的切口,不會產生粗糙的,有毛刺的邊緣。
3、 無熱加工
因為它是採用水和磨料切割,在加工過程中不會產生熱(或產生極少熱量),這種效果對被熱影響的材料是非常理想的。如:鈦。
4、 環保性
這種機器採用水和沙切割,這種沙在加工過程中不會產生毒氣,可直接排出,較環保。
5、 無需更換刀具
你不需要更換切割機裝置,一個噴嘴就可以加工不同類型的材料和形狀,節約成本和時間。
6、 減少毛刺
採用磨料砂的水加工切割,切口只有較少的毛刺。
7、 編程迅速
程式主要是由CAD製圖軟體生成,你可以在layout中隨意設計線圖,或輸入從其他軟體中生成的DXF檔案,另外,機器支持第三方軟體,如nesting嵌套排版軟體(用於把圖形在工件中添滿,能最大限度地減少工件損耗)。
8、 快速的編程
可以把其他軟體生成的程式調入機器,它能夠從CAD建立起刀具路徑,並能把刀頭的精確定位和切割速度在超過2,000點/英寸(800點/cm)計算出來,你需要做的只是指定你要切割的材料和厚度,其他的工作交給機器去完成。
9、 與其他設備組合,可以進行分別操作。 
水切割機可和其他的加工設備組配(如鑽削頭),充分利用其性能,最佳化材料利用程度。 
10、 減少調整次數
對工件只需要很小的側壓就能固定好,減少複雜的裝夾帶來的麻煩 。

套用

水加工的用途主要有三個,一是加工非可燃性材料,如大理石、磁磚、玻璃、水泥製品等材料,這是熱切割無法加工的材料;二是加工可燃性材,如鋼板、塑膠、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡膠等,以往的熱切割也可以加工這些材料,但容易產生燃燒區和毛刺,但水切割加工不會產生燃燒區和毛刺,被切割材料的物理、機械性能不發生改變,這也是水加工的一大優點;三是加工易燃易爆材料,如彈藥和易燃易爆環境內的切割,這是其它加工方法無法取代的。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們