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发表于 2009-3-25 20:44:09
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来自： 中国山东聊城
水刀原理
水刀原理
6 }& V: N+ ~( P' o d: E3 a高压密封故障会由于通过小孔（摩擦）挤出水流而产生热量，低压泄漏不会产生明显的热量。因此答案是低压。
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) m+ D; U' V/ ^9 ^; D; A传输水和实现运动时不仅需要管子，也需要其它配件。可能需要三通、直接头、弯头、切断阀和旋转接头。 旋转接头－不同的运动形式需要不同的接头类型。 带5轴腕的三维加工工具使用旋转件实现切割刀头的运动。本特殊设备使用一个点抓器来捕捉射流。 两种类型的水刀
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$ |4 {4 h; [7 Y& E两种水刀是指纯水水刀和加砂水刀。二者均有经验证的独特性能。 * a# D' p9 I4 a8 ` j J9 q7 Z
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纯水水刀 . K: K# Q k0 w* C" `, Y
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纯水水刀是最早的水切割方法。第一次商业应用始于二十世纪七十年代中期，用于切割瓦楞纸板。纯水水刀最大的应用是切割抛弃式尿布、棉纸和汽车内饰件。对于棉纸和抛弃式尿布，与其它技术相比，水刀技术在材料上留下的水分最少。在某些尿布或棉纸工厂中，意外停机时间对其他切割技术而言非常普遍，代价超过每小时20000美元。而水刀则为这种应用提供全年不断的连续运行－维护操作可被纳入生产过程中。
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纯水水刀的特点 + \, K: a$ n* A& x
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·非常细的水流（常见直径范围：0.004至0.010英寸） 2 P8 a. @% d$ q- N, |
·非常详细的几何形状 + |' ~& u/ k7 ]3 {
·非常少的材料切割损失 " s2 X2 Y) L8 n
·切割时不产生热量 ( B3 h. w$ L% o2 ] w! p% T" G' G
·切割厚度可以很大
2 ^/ Z0 y! q* a( N/ i' k$ [·也可切得很薄
# K. c( r4 {; B: H0 O·切割速度快 8 g: e% {4 s- H2 p' p1 m& X
·能够切割软、轻质材料（例如厚达 24"的纤维玻璃绝缘材料） / `' M/ q: X& R9 ], w9 {
·极小的切削力 . V9 p% ?+ l8 p/ `4 x$ M
·夹具简单
& f' g$ B2 j* f% Z* _/ D/ h·每天 24 小时的连续运行 . k8 B8 i0 F3 q6 N( _) z( i( P8 A( s
7 h* \& d* q& U三马赫水射流的温度有多高？ - \3 ?% c) e0 Z/ _- u$ Y4 E
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当把水加速到高速时，水的温度会上升。随着水流出喷嘴，摩擦力和其它因素会加热水流。以进水水温为起始点。每增加1000 psi，水温升高 2 到 3 度。因此三马赫的水流的温度大约是 170 至 180 华氏度。
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纯水水刀切割刀头
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6 e1 t' z/ P" z& E) Z) f如前文所述，基本水刀流程包括水从帮浦流出、通过管道并从切割刀头输出。 " p' {$ n& e3 I7 s8 h" H2 V
: Q9 r1 H5 f1 P在水刀切割中，材料去除过程可称为超音速侵蚀技术。除下材料微粒的不是压力，而是水流的速度。压力和速度是两种截然不同的能量形式。但帮浦的水压是如何转换成另外一种能量形式（即水速）的呢？答案是一块小巧的宝石。在管子的末端装有一块宝石。宝石中有一个很小的孔。高压水穿过这个细小的开口流出，从而把压力转化为速度。在大约 40000 psi 时，流出喷嘴的水流以 2 马赫的速度运动。在 60000 psi 下，其速度超过 3 马赫。
, ]$ H8 n* D: O6 @对于普通切割，纯水水刀喷嘴的直径范围为 0.004 到 0.010英寸。用牵引车来回移动喷嘴以冲刷混凝土时，常用的是单个大号喷嘴，最大直径 1/10 英寸。 7 V" O {% \( \* Y
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三种常用的喷嘴材料（蓝宝石、红宝石、钻石）各有其独特属性。蓝宝石是现在最常用的喷嘴材料。它是人造单晶宝石。它的水流品质相当好；在好的水质条件下大约有50到100小时的切割寿命。在加砂水刀应用中，蓝宝石的寿命是纯水水刀应用的 1/2。通常情况下，蓝宝石的价格在 15 到 30 美元/块之间。 : _% G9 O& L( V7 Y0 c3 i
2 J) U5 c0 g) a6 z; _( w: p7 _- q红宝石也可用于加砂水刀应用。其水流特性非常适合加砂水刀，但并不太适合纯水水刀切割。其成本与蓝宝石大致相同。
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9 u) W+ e$ D6 h1 U/ T钻石的使用寿命长得多 （800 到 2000 小时），但价格却要高10到20倍。钻石在需要每天 24 小时连续运行的情况下非常有用。与其它类型的喷嘴不同，有时可以对钻石进行超声波清洗，并重复使用。1 c3 C' M; S* P& ~1 h; t
加砂水刀 1 x" B$ o3 L& r/ T
9 Z- m( W& S& j0 e3 e( I加砂水刀与纯水水刀只有几点不同。在纯水水刀中，由超音速水流侵蚀材料。在加砂水刀中，由水射流加速砂料颗粒，然后由这些颗粒（而非水）侵蚀材料。加砂水刀的能力比纯水水刀强大成百上千倍。纯水水刀和加砂水刀都有其用武之地。纯水水刀可切割软质材料，而加砂水刀则切割硬质材料，如钢材、石材、复合材料和陶瓷。使用标准参数的加砂水刀能够切割硬度等于（甚至稍稍超过）氧化铝陶瓷（常常称作矾土，AD 99.9）的材料。我们将在下面介绍加砂水刀的特点，以及加砂水刀切割刀头的工作方式。
" c) }, {; H- {加砂水刀的特点 $ x2 T( L" D' ~. u
+ G+ L% b2 H3 F4 A7 u+ z
·极为通用的技术
4 d+ _+ j8 s5 ?3 Q/ Z( ?& E·无HAZ
, ]: b4 _2 |! N( G·无机械应力 1 p- F' g8 a) M7 r# k8 W
·易于编程
$ \+ p5 c8 x3 R! h% F·水流细（直径 0.020 到 0.050 英寸） 5 j5 ^: i; [) h3 P. K
·可切割非常复杂的几何形状 ! j: X0 W8 T j6 r
·薄材料切割 7 |* J2 g9 q( k& [1 U7 _
·10 英寸厚度切割
& y: P0 Q3 D4 _, O1 z) P, B$ L·堆积切割
; F* N$ p" w- t. p5 O9 r, b·材料切割损失非常少
$ k; i7 L, v4 X+ L+ H1 G/ U·夹具简单 4 L( g1 ^, D7 ~9 B$ w+ |
·切割力小（切割时低于 1 磅）
/ t; ?1 B5 M! P" ` H7 u·对几乎所有加砂水刀作业都只需设置一次 / E' j+ b3 w9 l$ P0 {
·可方便地从单切割刀头切换到多切割刀头 & o: d2 v: \2 C/ t) R H) Y
·可快捷地从纯水水刀切换为加砂水刀
7 h! k# v$ B8 m ?) {·减少了辅助操作
9 F6 |* R6 i5 K' X·毛刺很少或无毛刺
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加砂水刀切割刀头 L8 {) U4 E7 ^ i
# F# f6 p9 I/ c% x每台加砂水刀都包括纯水水刀。生成纯水射流后加入砂料。然后砂料颗粒沿刀管被加速，就像步枪子弹那样。 % ^8 T" h6 W' J
" X0 G2 `/ Q9 w) s0 [加砂水刀切割所用的砂料是经专门筛选、大小一致的硬砂。最常用的砂料是石榴石。石榴石质硬、强度高并且便宜。像五金店中的粉红色砂纸一样，不同的大小用于不同的工作： 8 f: a3 [3 [2 O& h: d
9 e" L0 M3 h" U, r3 B% u- q120 Mesh－产生平滑的表面
* G6 l* \+ `. t+ o& l) O0 o6 f8 E7 O80 Mesh－最常用，一般性用途
, x, b2 o- q7 n" b( d50 Mesh－切割速度比 80 Mesh快一点，但表面稍稍粗糙一些
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1 I0 f O9 E3 H2 I" C8 ?刀管就像步枪枪管那样加速砂料颗粒。类似喷嘴，刀管有许多不同的尺寸和使用寿命。刀管大约长 3 英寸, 直径 1/4 英寸；内径范围从 0.020 到 0.060 英寸，最常用的是 0.040 英寸。
2 `0 R7 X6 r2 T- \7 u尽管加砂水刀设备常常被视为操作简单的可靠设备，刀管需要得到操作员的关注。水刀技术的主要进展就是发明了寿命很长的刀管。不幸的是，长寿命刀管比以前的碳化钨管脆弱得多。如果切割刀头碰到了夹具、重物或目标材料，刀管有可能破裂。破裂的管子无法修复。目前，最先进的系统配有防碰撞探测装置，以保护刀管。
w& J1 C8 U# t" d" L& [刀管与目标材料的间距通常为 0.010 到 0.200 英寸。间距较大时（大于 0.080 英寸）会导致零件切割边缘出现雾化。很多水刀系统利用水下切割或其它技术来降低或消除这种雾化。 6 V- t: @0 p. _( ^7 n! u; a
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加砂水刀切割中的耗材是水、砂料、喷嘴（通常是红宝石）以及刀管。砂料和刀管是加砂水刀所独有的材料。其它耗材也可用于纯水水刀。
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# ^ l0 M0 A4 A; G# }+ h3 M设备运作 # @/ J' l4 S7 b1 a/ q7 k
) z/ N( X. c5 h' r- s6 ?/ k水刀运动设备或机床有许多不同的类型和配置。除实现运动外，机床还必须包含用于固定切割材料、捕捉射流、并收集水和碎屑的装置。
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# r1 E0 n: o' n; F3 m固定式和1维设备
( d, s7 I) a3 T. X固定式水刀是最简单的一种设备。它看起来像一台锯刀，通常用于航天工业中复合材料的修整。像操作锯刀一样，操作人员让进料穿过水流。材料被切割后，收集槽会收集水流和碎屑。通常情况下为纯水水刀，但有些固定式水刀设备配有加砂水刀。
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固定式设备的另一种类型为纵切机。向机器送入产品（例如纸）时，产品会被水刀切割成特定宽度。单轴移动式设备的另一种类型为横切机。横切机通常与纵切机一起使用，尽管它不是真正的固定式设备。当横切机切割通过其下方的产品时，纵切机将产品切割成特定宽度。纵切机和横切机常常一起配合工作，因此材料被切割成像自动售货机中布朗尼蛋糕那样的网格图形。
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) O! I/ t8 I& G, ] e3 u$ x一般不建议手动操作加砂水刀（用手移动材料或切割刀头）- 按特定速度用手移动是很困难的。大多数制造商不建议手动操作加砂水刀或提供报价。只有在保证操作员安全的特定条件下，才能手动操作加砂水刀。1 A8 e3 \/ Y6 Q( }( |9 L
用于二维切割的XY工作台 - Z- \: X1 U, G" }: \' b/ p
/ L( k# D* h3 ~# HXY工作台有时称作“扁材设备”，是最常见的一种水刀运动设备。这些设备使用纯水水刀切割衬垫、塑料、橡胶和泡沫。加砂水刀利用这种工作台来切割金属、复合材料、玻璃、石材和陶瓷。任何可能的扁平图样设计都可在工作台上切割。加砂水刀和纯水水刀工作台的尺寸范围在2 x 4英尺至30 x 100英尺之间。XY工作台的基本组件为：
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7 W1 J4 T$ n, W W2 M由CNC或PC控制 % i& y' M( K. _
伺服马达，通常采用死循环回馈以确保位置和速度的一致性 ' I- p" t1 C8 F
基本装置，带有线性滑轨、轴承座和滚珠丝杠驱动 , ?2 y+ `3 k6 K5 W
桥式装置，也带有滑轨、轴承座和滚珠丝杠
S# k) x6 n' c/ W收集槽，带有材料支架 $ }3 ?- R- i, a. }+ z
# K* N* R( Y& b: _/ R$ n! d
提供许多不同的设备类型，但有两种截然不同的类型居于统治地位，即龙门式切割机和悬臂式切割机。" |* o! t% @# l8 x4 L2 q
扁材设备（通常称作XY工作台）具有多种配置以满足特定应用。有些是小型精密设备，其它则是大产量设备。 龙门式切割机有两条基轨和一座桥架。悬臂式切割机有一条基轨和一个钢性桥架。在下图中，绿色的桥架向一个方向移动，而红色箭头（表示切割刀头）向另一个方向移动。所有设备的切割刀头高度都可调节（切割刀头高度由Z轴控制）。可通过手动曲柄、电动螺旋机构或完全可编程伺服螺旋机构调节Z轴。
1 J" s G! e# \: `! n材设备上的收集槽通常注满水，并且带有栅条或板条以支承工件。在切割过程中会缓慢消耗这些支承材料。如果收集槽中沉积了废料，可进行自动清洁；也可选择手动清洁来定期清空收集槽。
5 x0 u$ C, }) l. s9 I. L: W8 D- \ h' S+ @& l
所有XY工作台都具有下列方面的重要规格，这代表（但并不确保）您的设备的性能。 8 f; y, d7 L$ S8 [; Q
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以下是水刀机床运动规格的简要说明，通常出现在报价单和文献中：
( E2 w4 d+ F% ] s
t* h( U2 o" \) z包线尺寸 % |8 T7 p! \* R+ L) |% B8 c& k9 @9 z
每根运动轴的行程长度。在纯水水刀或加砂水刀设备上，扁材切割的常用尺寸为2x3x0.3米或约6x10x1英尺。为便于装载厚板，并考虑到夹持情况以及粗加工板尺寸的变化，收集槽通常要比行程长度和宽度至少大6英寸。
* k, E. r0 a; F% Y* a# Q& g; X9 `; H! f. }3 e+ {/ _! x( s+ k
直线定位精度 6 `* R3 I* G0 n! L' I( H
. p/ v0 P# u: `测量机器移动时的精度。从一点到另一点，每次测量一根轴。此处未考虑速度因素。 8 h2 e5 H4 w5 Q: G0 C3 T* P
& D4 a+ L8 N# X' K( _( L4 e机器的重复精度 : V( I0 g5 O! W( y: O, T
* m6 k0 T( [# D, o0 Z; f; i机器返回某点的能力。
1 Y: n3 X7 _# ^; w0 E7 s# b; @- R. c3 g) D# p p2 e
最快移动速度 2 a8 N* i1 t- X' F1 N& B
3 @" C5 p4 V2 k# Q最快移动速度是设备在不进行切割的情况下移动时的最高速度。控制系统仅需向驱动马达发送信号：“朝那个方向尽快移动”。在快速移动期间，机器运动的精度通常会受到影响。快速移动功能可用来从一条切割路径（例如一个切孔）移动到另一条切割路径（例如另一个切孔）。
: R- W) t# l1 B
4 m. Z- n" j" Y7 S$ V* C1 T切割速度
5 L( n2 B4 S3 w0 {( {
2 Q8 ]0 ~! K, \/ z. [机器在保持所有精度规格（即精度、可重复性、速度）的条件下移动时的最高速度。这是一项重要的规格，因为它关系到零件生产周期和精度。 |
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发表于 2009-3-25 20:43:19