|
|
楼主 |
发表于 2009-3-25 20:44:09
|
显示全部楼层
来自： 中国山东聊城
水刀原理
水刀原理
6 r) s9 q$ p- o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。 ' }/ n, K/ ]: Y/ @* ]
! ~' ~8 r* C6 q* d: t
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 7 Q; ?; D$ M& G, p% F3 J, M: b) a
' D$ S& Y4 F7 v3 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。 ( J3 @) g* w1 _. _; ?; ?
) j- `- F- j* x' c: X
纯水水刀 ) G( o% `5 h1 L. c$ ^9 F% h5 H
! ^5 b9 p3 s1 [, j; E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。 2 i* ] o$ {- P
0 p+ q: G2 N" w, x# b$ U. h. b
纯水水刀的特点 ; A6 a% |0 X: e/ j6 t; Z
, Z6 \5 a$ F* B: {; I+ e·非常细的水流（常见直径范围：0.004至0.010英寸）
* ]# J+ j7 e" V5 Y·非常详细的几何形状 # `5 g% ?3 v" c2 A+ T
·非常少的材料切割损失 " J! Q5 m8 h3 e# K& R' X
·切割时不产生热量 / g6 ~: D$ d% r* f1 l0 V9 [
·切割厚度可以很大 $ k7 A8 z1 U! ]) l
·也可切得很薄
% p. D7 }" U) j4 L·切割速度快
9 @3 ^0 D* T2 u* r3 T·能够切割软、轻质材料（例如厚达 24"的纤维玻璃绝缘材料） 1 u7 S5 i) T8 N. W# y. Y; G3 w
·极小的切削力 2 s" n/ a. w" O$ z" `% x- e* I
·夹具简单
" @" S: Q0 \* R/ o' r5 t·每天 24 小时的连续运行
+ ]( T9 S$ i5 q2 l) M- H, _2 y$ p, j% ]% ?9 u! a$ P' O
三马赫水射流的温度有多高？
3 K. z- R( ]6 m' F# _! Z: H; t
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。 # I5 [, n5 z0 c% I$ r
2 J) R2 m4 u) E+ v纯水水刀切割刀头 4 K7 g7 V% [4 t% j$ o( ~
: D+ H( c2 J" C; k/ |. R8 @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。
9 D8 b2 F3 X' g% h6 d9 s4 N# ^3 T: N4 V, n6 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。3 ~( v k$ g+ d* n! b* p! O' c- e- _
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。
8 x+ D3 A( q! W0 o+ l( q U. m" ?8 S' A. X3 Q
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。
8 B0 m, i& |+ z$ ?* _
+ \% K) i0 L9 {' `4 j' ^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。 ! a& P4 r$ b6 Z; X& K* U
( Y! S0 p3 N1 b$ c5 y+ b
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。
9 W3 d. s$ V5 b: O5 T* `加砂水刀
- Y5 M: @, m1 `1 |5 o/ B
1 I2 @9 Y3 P. Q5 I, b$ \( X/ v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。: q' l! I7 O# k5 ]
加砂水刀的特点 % h1 p* m& [6 }7 Z( C8 |' U: D
( m# l8 r: M; p& k9 u
·极为通用的技术 : p. ^0 N8 K( G& U# H, H
·无HAZ , |: A, j2 l: U) G
·无机械应力 9 ~! l% m, K) _
·易于编程 : [; {% o F; m) E) u5 q
·水流细（直径 0.020 到 0.050 英寸） # Y/ H4 W8 o$ c6 [" G* m
·可切割非常复杂的几何形状
$ A; D7 {" u+ a# u3 s8 j% n0 C·薄材料切割 8 C/ _, L, K8 b% }" z3 J* s4 A
·10 英寸厚度切割
2 }- M% d2 G1 n5 T2 q+ K·堆积切割 ) T# n+ `/ A% \7 V. T& \
·材料切割损失非常少 9 V- k4 }1 c4 l' h3 e. U9 x
·夹具简单 + Y( B0 _* e8 l g1 J
·切割力小（切割时低于 1 磅） . w2 q1 u. ]" A5 |9 V2 g$ V: z) K& K
·对几乎所有加砂水刀作业都只需设置一次 . i9 U4 m' q) B1 i! A# B
·可方便地从单切割刀头切换到多切割刀头
; l$ R( r: r& r2 W5 d% \·可快捷地从纯水水刀切换为加砂水刀 q% c7 C# B0 T3 t5 n% Z
·减少了辅助操作
{5 w% e1 v; A·毛刺很少或无毛刺
! }! W' y8 L9 f) [( x; y; V# N6 J! m
加砂水刀切割刀头 , S+ J* d9 W, G: c
" }# }" T) K0 ~# b" r# D" |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。
( B! X% a* w0 L$ y: ] b( ?
; i3 n p0 V* Z9 l% s- J, m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： / j4 i7 ~0 m& q* _ i
& `! q1 j C1 w. A- u% W" j120 Mesh－产生平滑的表面
# I: c5 n1 O$ f$ G80 Mesh－最常用，一般性用途 ( X9 ?" a2 Y2 m& N8 W) E" D v
50 Mesh－切割速度比 80 Mesh快一点，但表面稍稍粗糙一些
: l8 v% u' e8 H/ j# @
) N- d, y7 I+ c; S, j' \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。4 i( [* k( c9 E. A. y1 ~0 o! V8 v
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。4 P- |4 M; h8 V7 g& D7 X1 B
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。
3 `6 _& _8 N6 l3 s; `5 n5 d! ^7 t3 D+ K
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。
# c4 X6 l0 O+ q' v2 q1 p! {
! w# c) r1 o) D+ G0 c设备运作
, m: s" i) ?. U
* o6 l1 R' M6 V7 o4 d& m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。 7 ~1 E7 R f8 x) A r+ x
/ h8 y. h. P& t2 ~$ h( ~' e
固定式和1维设备 8 O! ~0 e2 ]* d" ?, w6 P# I
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。
& v% v: ], q u' { c: S3 X/ ~, h! Y. m8 O
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。
5 E# L& n, s- G- z4 m1 @1 F: R4 V+ {3 K- c
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 I' R$ Y* X# S8 C* |
用于二维切割的XY工作台
1 q! ?5 t" _5 I, q7 K
' V+ K. a8 l% E7 s1 _# vXY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： ) \$ k; q3 _% e4 V
' B1 O( {% O0 }2 P; A# E1 C# f由CNC或PC控制 # h5 p. j& 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 : Z7 D" [7 E. b$ u
基本装置，带有线性滑轨、轴承座和滚珠丝杠驱动
0 S' v! } E! \4 |桥式装置，也带有滑轨、轴承座和滚珠丝杠 . t: Q* u6 B9 s8 {3 s' _% ^/ K4 N
收集槽，带有材料支架 ) J8 ?1 s- b1 V
! {6 B/ T+ e, G4 @* {4 l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。# F3 n# v7 }& j: @5 O2 z( _
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。9 c: ~2 ?9 d6 R: O" E
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。
4 y6 I4 D1 W, C: L2 l5 Z0 {# \' ~1 v( [2 N6 v! K
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。
$ X" M& x' U2 l+ x4 ~6 o7 f% r* }- r" L! i) D% p
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：
! R( g" `/ \$ u% t% [# W2 ?7 G ]+ z
包线尺寸 ( {+ s0 w. i' q
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。 8 i2 Y9 H. R7 d( H: G, {+ t: E$ n
4 `+ J/ S: ^! D& X# S2 Y. W
直线定位精度
7 v% _3 P0 }7 H9 g% j7 v$ R" g) ^- V4 s
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 T. b: }2 ?1 h6 v
1 `$ P: p9 f+ o0 _
机器的重复精度
6 O/ P$ G. p' I$ ]/ d- a% Q8 g# K. J1 R
机器返回某点的能力。 1 f, t% ~- Y# m: v( k, C
8 h) v. c% @3 A. |最快移动速度 0 x# Q4 p. t( x) y- G1 T1 u# H2 B' F
* a& ~& X! R( r& h: Z: m1 k' B9 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）。 ; @6 z9 t5 t+ I3 W+ U) H; p
& e2 r8 O; V" k) ]6 [/ ?0 k切割速度
% q3 m+ _! x0 c& v l
1 L7 i- Y2 A1 S% u* _- d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。 |
|
[复制链接]
发表于 2009-3-25 20:43:19