超高压水切割技术

加兰

超高压水切割技术起源及其发展评测
0 J' R6 u1 v( I2 W（以下 Q表示 问题 A 表示 回答）
: }+ Z  q( B: }. u+ t1 SQ：什么叫超高压水切割？
) R0 ~/ g1 W4 ZA：超高压水切割又称水刀和水射流，它是将普通的水经过多级增压后所产生的高能量(380MPa)水流，再通过一个极细的红宝石喷嘴(Φ0.1-0.35mm)，以每秒近千米的速度喷射切割，这种切割方式称为超高压水切割。
9 b  W: l8 o. KQ：超高压水切割起源于何时、何地？
, |+ Z8 }1 S9 AA：高压水切割的“发现”起源于苏格兰，经过100年的试验研究，才出现了工业高压水切割系统。
  e6 S: z$ I8 ~1 G1936年美国和苏联的采矿工程师成功地利用高压水射流方式进行采煤和采矿，到1956年，前苏联利用2000bar压力的水切割岩石。实际上高压水切割不是专利，直到1968年被美国的哥伦比亚大学的教授在高压水中加入磨料，通过水的高压喷射和磨料的磨削作用，加速了切割过程的完成。
. p: K# U( d1 S5 SQ：目前水切割的现状如何？
A：目前，国际上像美国、德国、前苏联、意大利都攻破了超高压水切割的技术，国际上代表性的企业有福禄、英格索兰、百超，最高切割压力可达550MPa，并广泛地应用于石材、金属、玻璃、陶瓷、水泥制成品、纸类、食物、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶、弹药等各种材料的切割。中国开展这项工作的研究有近四十年的时间，机械部、航空航天部、国家船舶工业总公司都先后立项研究，但超高压水切割一直处在实验室阶段，尚未用于稳定的商业运行。为此法因数控与乌克兰合作生产超高压水切割设备，稳定运行压力可达380MPa，主要元器件采用进口件。合作产品先后用于瑞典阿仁科公司不锈钢板的切割，美国HP打印机墨轮的切割，总装备部废弹药的切割，并且这项技术合作被科技部列为国家级重点国际科技合作项目。
国内其它企业也有生产水切割设备的厂家，实际运行压力仅在220MPa左右，属中低压水平。压力愈高，切割的工艺性愈好，切割速度愈快，尤其在厚板切割时，中低压(200MPa)的水切割机，不能保证被切割材料顶部和底部的切割曲线一致性，甚至切不透，切割速度很慢。法因合作的超高压水切割机，最大的钢板切割厚度为70mm，此时的切割速度约为15mm/min；最大的石材切割厚度为80mm，此时的切割速度为20-50mm/min。其切割的速度与切割厚度、被切割材料、粗糙度和磨料的选择有关；切割的粗糙度也与被切割材料、切割速度及磨料的选择有关。
0 {6 ?9 M& V4 @+ \: c" X; p9 B显而易见，超高压水切割有许多优点，但也从技术角度提出更高的要求，如材料的耐磨性、超高压的密封问题、超高压的安全问题、超高压的可靠性等都是同业关注的焦点。法因公司现已成功地解决了380MPa的超高压切割问题，目前正着力解决600MPa更高压力的技术攻关，以推动超高压水切割技术的发展，更好地为客户服务。
6 y9 h/ F) N  W: {& A2 b3 m: }/ xQ：超高压水切割是一种万能的切割方式吗？
4 T( ~$ {2 ^6 i. w0 O" P& T4 jA：虽然说超高压水切割可以切割任何材料，但在应用上还是有所侧重的。
水切割的用途主要有三个，一是切割非可燃性材料，如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料，这是热切割无法加工的材料；二是切割可燃性材料，如钢板、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛刺，但水切割加工不会产生燃烧区和毛刺，被切割材料的物理、机械性能不发生改变，这也是水切割的一大优点；三是切割易燃易爆材料，如弹药和易燃易爆环境内的切割，这是其它加工方法无法取代的。
; m$ @' |3 r( k; W' Q! X" e' Z一般情况下，能够利用激光、等离子、火焰、线切割、锯、铣削等加工方法基本满足加工工艺要求时，则不宜采用水切割加工，毕竟水切割的运行成本较高，喷嘴、导流套、高压密封件都是进口的耗材，价格较贵。但当您感到激光和等离子所能切割的厚度太薄，所产生的毛刺太大，所产生的热影响区不利时，您可以考虑选用水切割；当您感到火焰切割的毛刺太大、粗糙度太差、热影响区太大时，您可以考虑选用水切割；当您感到线切割的速度太慢，并且不能切割非导电材料时，您可以考虑选用水切割；当您感到铣削的方法产生了许多废屑，造成了很大的浪费时，您也可以考虑选用水切割，因为水切割不会产生废屑，而是整片切割，水切割加工割分开的材料大多是可利用的；当您感到使用圆锯和带锯太慢，而又不能进行非直线切割时，您照样可以考虑选用水切割；当您切割易燃易爆材料或在易燃易爆的环境下切割时，更必须考虑选用水切割；当您切割时不想产生毒副气体、不需二次加工、不想产生热效应或变形或微裂缝、又想产生良好的切边品质并能同时切割细小的孔时，您更要考虑选用水切割。总之，水切割是一种万能的切割方式，但某些场合下的使用并不是最佳的，所以选择时要做具体分析。
Q：超高压水切割的形式有哪些种类？
A：从水质上分，超高压水切割有两种形式，一是纯水切割，其割缝约为0.1-1.1mm；其二是加磨料切割，其割缝约为0.8-1.8mm。
( B9 I% w% c" s6 Y- A从结构形式上分，可有多种形式，如：二至三个数控轴的龙门式结构和悬臂式结构，这种结构多用于切割板材；五至六个数控轴的机器人结构，这种结构多用于切割汽车内饰件和轿车的内衬等。
6 N' i+ ~+ `$ }# U& j4 UQ：被切割材料顶部和底部的切割曲线一致性是如何要求的？
A：这种一致性的差异也称为水切割斜边，与切割速度有很大的关系，带有高能量的射流，切割做功后一定会产生能量的衰减，所以产生斜边是很正常的。一般情况下，单侧斜边控制在0.08mm至0.15mm为宜。
% Y* Y  }4 }$ Z7 lQ：超高压水切割可以切割复杂的曲线吗？
. V# L" g& t) @. T- jA：最简单的超高压水切割机具备两个数控轴，由CNC控制X-Y做数控移动，并能实现CAD/CAM直接转换，真正做到免键盘输入，无图加工，只要在CAD画出的任意复杂曲线，都可以直接切割成形。
Q：水切割所能达到的切割精度是多少？
$ X. f  J, i' Q% x3 [A：水切割的切割精度介于0.1mm至0.25mm之间，其切割精度取决于机器的精度、切割工件的尺寸范围及切割工件的厚度和材质，通常机器的系统定位精度为0.01mm至0.03mm。
Q：水切割所用的磨料有哪些？粒径是多少？
A：水切割所用的磨料为石英砂、石榴石、河砂、金刚砂等。
" B  Z3 w' y% y2 P: G磨料的粒径一般为40-70目，磨料的硬度越高粒径越大，切割能力也越强，我公司水射流磨料采用的是60目石榴石。
$ Q& v" K) N' T2 {2 IQ：法因公司水射流的高压水流量是多少？
A：3.8L/min

novoid

法因公司??
" J  D0 A) V1 Q# n5 r2 k, wlz从那里找的