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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 . S: S4 t) C: |; p
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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( }+ G! X3 U0 U ]. j* q& ^& {/ `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 , p4 r8 A8 n& P3 H
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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。 ) b$ B V2 I U
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纯水水刀
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1 f T9 R9 k/ w* ^7 e8 \4 ]0 \: }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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% m; T- d4 m6 U6 O; P$ h, R6 e纯水水刀的特点
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/ ]! R9 c$ e. C·非常细的水流（常见直径范围：0.004至0.010英寸）
% a( N4 Q5 n( L% b6 z+ ~·非常详细的几何形状 9 A0 d7 n! M0 [, b( R
·非常少的材料切割损失
3 s4 e9 r0 f( }, Q6 E·切割时不产生热量 2 {; I: {1 E- Q- _1 }9 ~7 ~
·切割厚度可以很大
$ n8 z+ `" l' @3 T( k4 r·也可切得很薄 0 [+ V6 f+ x2 C, V3 _
·切割速度快
% @% Z9 F V: C3 N9 H$ V8 q·能够切割软、轻质材料（例如厚达 24"的纤维玻璃绝缘材料） + N% X0 J6 _' i
·极小的切削力 ) t% p7 P- J3 G) J; v( l3 l
·夹具简单
6 I; `& x2 s0 s; P) _·每天 24 小时的连续运行 - K* u! x6 a; U9 H9 @3 \
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三马赫水射流的温度有多高？
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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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" f+ c/ i% L5 ?3 T! c& D! h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。
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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。
+ H u9 v. S( o# c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。
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8 ~* K/ u L+ p# J5 @9 g6 S6 |; {- x% ^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。 . G0 ?6 r7 N) U- H6 S2 N7 Z
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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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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。
+ u9 f$ W' [% W# |加砂水刀
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0 d5 W' m0 `' m/ I* y: |; h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。
! ^/ e* l- q( c9 C9 u加砂水刀的特点
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·极为通用的技术 + S$ I/ K3 }/ o& a3 Z& h/ d
·无HAZ
1 k2 d$ a! y2 Y! L·无机械应力 7 n( e/ z* Z: k9 H# B* Q2 v( B# E
·易于编程 " G2 s; A3 I! L9 T7 J
·水流细（直径 0.020 到 0.050 英寸） / m* r7 i9 }5 r, y3 \
·可切割非常复杂的几何形状 + n* C8 H$ a* N/ ^& V$ I
·薄材料切割 1 \+ V5 f) h0 a: ]+ c
·10 英寸厚度切割 $ O( O$ b1 A6 G
·堆积切割
( `+ B+ |" M6 M. j3 d·材料切割损失非常少 , e2 z& U4 P7 f/ Z! T1 l
·夹具简单 . g) d- ^2 h/ D
·切割力小（切割时低于 1 磅）
, y9 R1 I u- B0 `* r" o( v! }9 q·对几乎所有加砂水刀作业都只需设置一次 / d$ J( n! H- v
·可方便地从单切割刀头切换到多切割刀头
6 r5 C; E; D9 I, O·可快捷地从纯水水刀切换为加砂水刀
6 v5 x6 B9 x! a9 b0 q- o# F·减少了辅助操作
9 M/ b; i% d0 }' z) X" I·毛刺很少或无毛刺
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加砂水刀切割刀头
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! v! N0 c1 K8 S) P1 ]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。
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9 g- S \: u; y) A0 T0 j k+ X0 y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： 0 S. K( } R7 }, T, Y0 i
: I4 S5 b0 A6 a0 g120 Mesh－产生平滑的表面 & y( K: O b7 K: i6 N
80 Mesh－最常用，一般性用途 $ M* R8 r9 c# b. E1 O
50 Mesh－切割速度比 80 Mesh快一点，但表面稍稍粗糙一些 & J# t0 B) K% g+ ^% g( t8 k5 U
0 D- Q- {7 u9 _, z) |6 {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。
0 G. W2 y3 l1 v9 x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。* a# z' |$ n, x- ]
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。
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: ?8 g1 |, ?" ?8 q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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设备运作 4 L9 i" c1 b S) ~. s& ^% o
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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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; v8 O' s9 _/ G& J固定式和1维设备
; h% u$ @+ l8 [: P" J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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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。8 y+ g7 L- w M) F7 I
用于二维切割的XY工作台
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XY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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9 E4 o# t. a3 G% d由CNC或PC控制
' b$ j: ^6 _$ W6 p+ ^; t$ m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 1 \( s0 j% O; X& I" ?
基本装置，带有线性滑轨、轴承座和滚珠丝杠驱动
2 e% M4 Z5 l0 S/ @9 {! y桥式装置，也带有滑轨、轴承座和滚珠丝杠 ; @+ ?& l# m8 K! R& _3 f
收集槽，带有材料支架 + V# E% {) p1 ]' H
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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。
, b& W/ J: E! R0 Y) k- p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。
v/ J/ c+ S3 I( m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。
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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。 ! K5 C! C6 J9 G: o
: O) o, `# p' t& L
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：
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6 {0 c2 k# ~( Y; _! W; s包线尺寸
; W( j; [8 k! r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。 , h! M" M! P! g0 Y& [& q: r
! u! |$ b |: R# \: s, O. W( t直线定位精度
1 d0 G H9 a2 d; |6 ?/ t- a5 q5 H% V) r1 ^- Y( ?
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。 % |4 w# o }7 X2 [3 }! B) q3 {
5 I7 s: Q0 y$ j! \: h机器的重复精度 M1 K+ }- q0 u( T5 V! t; j
, H5 G% ^* M! X3 E
机器返回某点的能力。 1 p, o7 M2 K4 ]+ I; X6 r
9 r0 [7 D- V; V' S' c最快移动速度
5 \3 n& p/ _* K( E- \1 K
4 p7 Q1 q+ L$ l6 o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）。 4 e& ] a+ [7 _& q1 e
3 r6 R, a) }* v* {& F- h. u1 R
切割速度
7 F+ e9 S w% @( |+ u
, g7 V Z& y7 N% w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