水射流切割在材料制造中占据了一席之地。本文着眼于水刀如何为您的车间工作的过程。

制造业一直在寻找降低成本和提高产量同时保持质量的方法。这些持续改进的驱动力来自客户,这些客户本身就受到他们无法控制的市场力量的驱动。其影响是整个制造领域的制造过程——从设计到交付——的普遍和普遍的加速。

作为回应,各行各业的商店都在寻找满足这些客户驱动需求的方法。对于金属切削车间,搜索往往使他们超出了许多人认为的传统金属切削技术的范围。

磨料水刀技术是当今市场上较新的切割系统之一。它们快速、灵活且有效地应对制造商之间的各种挑战。多年的发展导致耐磨性和控制技术得到改进,使水刀切割系统与其他切割方法相比具有竞争力。

材料和能力

水刀系统将穿透的材料清单很重要。迄今为止,应用已用于泡沫、GIO 酚醛树脂、钢、装甲板、聚氨酯、钛、凯夫拉尔、铝、亚麻酚醛树脂、黄铜、氯丁橡胶、铜、不锈钢、光谱、玻璃纤维、瓦楞纸板、丙烯酸、瓷砖、木材、橡胶、玻璃、大理石和花岗岩。

水刀系统也是表面处理的有吸引力的替代方案。它们撞击表面的冲击力如此之大,以至于涂层会立即被去除,而不会产生其他方法可能产生的有害粉尘的副作用。

水刀切割系统的优势不仅限于其切割的材料种类繁多。它的有效性不仅来自于它做了什么,也来自于它没有做什么。

水刀系统是切割热敏材料的理想工艺解决方案。因为它不会产生 HAZ(热影响区),所以水刀是热致微裂缝或变形不可接受的应用的候选者。水刀相对凉爽的切割使其回火中性。它的切削作用既不会使应用材料硬化也不会退火。

通过使用水刀切割系统,减少了与切割石棉和玻璃纤维等有害材料相关的环境问题。空气中的污染物和烟雾显着减少或消除。

磨料水刀切割的侵蚀过程不会产生毛刺或毛边。通常不需要额外的精加工操作。

没有创建起始孔,并且可以优化放置零件以充分利用一块材料。它还消除了由传统模切方法产生的压缩变形。

应用

水射流切割的应用范围从精细到顽固。美国食品和药物管理局的规定允许使用水刀技术切割蛋糕、炸薯条、牛排、家禽和鱼等食品。水刀已证明自己既高效又卫生。在另一个极端,磨料水射流系统 (AWJ) 轰击 M1 坦克和布拉德利战车装配中使用的装甲板。介于两者之间的是广泛的其他应用程序。艺术家、室内设计师和造船厂是众多采用水刀技术的人之一。造纸、纺织、航空和钢铁等行业经常将这项技术整合到他们的制造过程中。

以前手工切割的薄而精致的橡胶垫圈在水刀的支持下迅速生产出来。以前使用传统切割技术处理的复杂热交换器需要几个小时才能完成。水射流在几分钟内分配它们。

金属制造很快就获得了水刀技术的好处。在一个充满热影响区、毛刺、过多的夹具和工具要求、由于缺乏套料能力的切缝过多导致成本增加的舞台上,水刀技术展现了它的真面目。

水刀技术与替代品

并非所有切割方法都是一样的。冲压和等离子切割等传统方法将在金属车间中占有一席之地。对于某些应用,它们仍然是一种经济的方法。

然而,这些传统方法在几个关键领域无法与水刀技术竞争。在切割钛、合金钢、铬镍铁合金和哈氏合金等昂贵材料时,切缝宽度是一个重要的考虑因素。减少的切口允许零件更紧密地放置在一起,从而净节省材料。其他节省来自嵌套能力,这是水刀技术的一个组成部分,通常与传统切割方法不相关。零件和零件可以放置在金属板和条上的未使用空间内。如果用传统方法切割会被浪费的材料,水刀技术可以有利地利用这些材料。

水刀切割在被切割材料上消耗的力最小。结果是显着减少了夹具(建议操作员仍提供有限数量的夹具作为安全预防措施)。传统方法施加的力可能过大,并且需要大量的固定时间。同样的力可能会导致某些材料受压,从而降低切割精度。在其他应用中,力会导致材料移动,从而降低切割介质的精度。水刀不会移动材料,并且可以依靠它来一次又一次地产生相同的切割。

很多时候,切割方法之间的竞争者被简化为激光切割和水射流切割。相互竞争,这成为时间和边缘切割质量的问题。质量的范围可以从最低 (Q=1) 到优秀 (Q=5)。质量取决于进给速度。较薄的材料可以比较厚的材料进给更快,并且仍然可以实现高质量的边缘切割。较厚的材料也可以达到同样高质量的边缘,但进给速度会降低。

在快节奏的工作场所,速度当然是一个问题。图 1 比较了激光和水刀对几种材料的切割速度。通常,使用磨料水刀可以显着缩短切割时间,并且在某些情况下,激光仍具有优势。

冒险

改变。我们不能忽视它,我们只能努力跟上它。以前属于传统切割方法的材料和方法正在使用水刀技术进行切片、切块和包装。

为了帮助商店利用水刀技术,我们成立了服务中心,让商店在进行必要的资本投资之前确定水刀加工的可行性。

Easijet Inc. 的成立旨在为希望采用水刀工艺的商店提供培训。该培训包括水刀切割的新工艺技术和应用。Easijet 还为商店提供了一种分享知识的方式。

与大多数商业技术一样,水刀切割服务与供应商一样好。为每个项目配置了各种参数。确定磨料的最佳类型和流量。需要设置调节流经喷嘴的水量的孔口尺寸,并且必须决定喷嘴在零件上方的高度放置。确定行程率和由此产生的边缘质量是至关重要的。

水刀系统制造商为各种应用所需的参数提供建议和数据库。然而,艺术和技术的某种结合才是真正产生优质产品的原因。技术人员为每个项目带来一定的专业知识和经验。

IPM

材料厚度 0.125" 0.250" 0.375" 0.500"
    第二季度 第四季度 激光 第二季度 第四季度 激光 第二季度 第四季度 激光 第二季度 第四季度 激光

孔,喷嘴
0.015", 0.045"
ipm 123 73 12 52 29 * 33.5 18.6 * 21.6 11.7 *
碳钢 
孔板,喷嘴
0.015", 0.045"
ipm 42 25 80 17 10 45 12 6.6 30 7 4 25
不锈钢 
孔,喷嘴
0.015", 0.045"
ipm 37 22 24 15 9 15 10.8 5.9 7 6.5 3.5 4

*无法切割

顺势而为

水射流切割系统根据侵蚀的基本原理运行。加压至 60,000 psi 并集中在小至 0.003 英寸的窄孔中的水被引导至材料并干净地通过,而不会切碎或压碎材料。

将普通自来水变成能够切割钛的工具,一般需要三个预处理步骤。首先,水通过反渗透过程去离子。这个过程去除了铁和钙等固体。

接下来,水会通过一个微过滤系统,去除小至 0.45 微米的颗粒。必须从系统中非常干净的水开始,以维护泵和高压密封。没有它,矿床就会发育、破裂并最终堵塞系统中的重要元素。

最后,净化后的自来水进入增压泵,在此增压泵从约 60 psi 加压至 60,000 psi。在这三个步骤(去离子、过滤和强化)之后,水刀已准备好执行。

对于纸张、塑料、食品、橡胶、绝缘材料和瓦楞纸板等产品,仅水就会渗入材料。对于金属、玻璃和石头等较硬的材料,在切割过程中会添加磨料,通常是石榴石。

在任一情况下,高压水或加压水和磨料通过位于待切割材料上方的切割头中的狭窄孔口。调节孔的大小以适应材料密度。易于穿透的材料可以用小至 0.003 英寸的孔口切割,而较硬的材料可能需要最大 0.030 英寸的孔口。

在撞击待切割材料之前,离开孔口的水流速度高达 2.5 马赫。材料位于大小不同的桌子上的支撑格栅上。标准尺寸为 4 x 8、20 x 8 和 18 x 10 英尺。定制表也可用于许多应用程序。

在支撑格栅下方,一池水分散了高压喷嘴投射的力。水一旦变成了切割工具,就会恢复到平静的状态。

控制切割路径的方法范围从基本的机械控制运动到复杂的计算机数控 (CNC) 运动系统。多向切割能力和可选的多个切割头进一步提高了水刀技术的切割能力和灵活性。

标准水刀切割系统的价格从 75,000 美元到 250,000 美元不等。可以创建定制设计的系统并将其集成到制造过程中。

系统的设计者完全理解如此高的压力会对设备造成的影响。作为系统的一个组成部分,开发了简单且经济的维护方法。

日常维护需要定期更换高压密封件以及监测液压系统和流体。进水系统过滤器和高压水过滤器也需要定期更换。密封件和过滤器可以在大约 20 分钟内更换。头部可以在几分钟内更换,并且通常可以手动拆卸和更换,无需工具。

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