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水刀切割--橡胶加工新技术

时间: 2011-07-05 06:07 来源: 作者: 费修莹 费隽明 胡善明 &nb 点击:
水刀加工技术简介

水力加工,最早出现在采矿工业中,有用水枪采矿的例子;二战期间,飞机在飞行中“雨蚀”的现象,使雷达舱遭到破坏的现象,启发了人们的思维。直到20世纪50年代,高压水射流切割的可能性才源自于苏联,但真正获得第一项切割技术的专利却在美国产生,即1968年由美国密苏里大学林学院教授诺曼.弗兰兹博士取得。如今这种以水射流作为切削加工动力的机械,遍及各个行业,这就是水刀加工技术。它正在以特别的切削加工形式,逐渐进入各种制造业行列,特别是在航空航天、舰船、军工、核能等高、尖、难等技术应用上显示出优势。制品的加工同样可以使用这种软硬“通吃”的特殊工具。

水刀的工作原理

超高压水刀的基本工作原理既简单又极为复杂。超高压水形成的关键在于高压。从油泵出来的低压油,推动增压器的大活塞,使其往复运动。大活塞的运动方向由换向阀自动控制。另一方面,供水系统先经过净化处理,然后由水泵打出低压水,进入增压器的低压水被小活塞增压后,压力升高。由于高压水是经过增压器不断往复压缩后产生的,而增压器的活塞又需要换向,因而从喷嘴所发出的水射流压力是脉动的。为获得稳定的高压水射流,需使产生的高压水进入一个蓄能器,然后再流向喷嘴,从而达到稳定压力的目的。水刀就是由普通水经过一个超高压加压器,将水加压至4,000 bar (60,000psi),然后通过一个极细小的喷嘴(其直径为0.1mm至0.4mm左右),产生一道速度每秒近千米(约音速的三倍)的水箭。这道水箭就像一把切削加工的利剑,对所需要加工的工件进行切削加工。水刀加工设备的组成包括:超高压泵、水刀切割头装置、水刀X-Y可移动平面切割台、CNC控制器及CAD/CAM软件包等。其中的关键设备是:超高压泵使水压提高到能切割各种材料,越是高压越能穿透多种不同的材料;水刀切割头装置包含一个直径微小的宝石喷嘴,通常采用的是红或蓝宝石,这种宝石喷嘴镶嵌在金属材料中,喷嘴安装在可以进行上下微量调整的架子上,以使高压水箭能精确通过所要加工的方位,而不损坏工件其它任何地方。这也是保证水刀切割精度的一个重要因素。

水刀的应用

水刀加工基本可对各种材料进行处理及切割,非金属物质如木材、橡胶、纸类、、纤维、海绵等。对切割金属或较硬的材质,如石材、玻璃、、砖等材质时,可以将80目左右,较细颗粒的石英砂料与水箭混流在一起,以增强其切割能力。此种高速加砂的水刀几乎可以切割任何材质。例如在家具制造过程中,可以用于对原木的分割和实木成型材料的分切,使得在用料方面取料更为精确,为节约用材提供很好的途径。


图1 汽车内饰件切割设备

水刀加工在下料开片的切割加工中,与其具有同样功能的设备--电锯、电弧切割和激光切割相比较,有着许多优越性。它无尘、无烟、没有火光,在作业时,切割面上的温度能保持不变(电弧、激光切割和钢锯则办不到这一点),不会产生强光而灼伤人眼,更不用担心因高温而引发火灾。然而它具有强大的“威力”,可以随心所欲地切割各种工件和不同口径的管材。

目前,水刀已经与自动的机械手臂相结合,完成三度空间之切割。这种水刀自动化系统已应用于汽车内饰件加工、船体龙骨架的切割,甚至对空中客车A380飞机外壳、行李仓盖等大型航空件、高强度碳素纤维的复杂零件表面进行的切割、修边、开孔等难以加工的任务,而且它可以在几乎完全自然工作条件下进行加工,对已完成的上道工序,基本不会产生任何影响。没有任何粉尘的危害,也不会出现刀刃磨损的缺点。

水刀还可以做水下作业,对沉船的切割、修理可以达到绝无仅有的效果,预计在未来对潜水艇的自救也有可能实现。

水刀对橡胶产品的加工,可以在较小的压力下,在所有的加工中,避免由于工件与刀具摩擦产生的热量。另外,由于水的介入使得橡胶加工的环境变得更加美好。

水刀对的加工处理也得到非常好的应用,不管是普通的复合材料,还是软硬结合的复合材料,如塑料与金属、橡胶与金属等的加工也可以从容应付。在加工处理坚韧、高强度的碳素纤维材料时也难不倒它,甚至可用于处理在战争时代留下的废弃炸弹。由于水的加入,它不但不会影响炸药的爆炸,而且对贵重金属的回收开辟了新的天地。这比其它加工处理方法更加安全可靠。

水刀切割加工速度极高,尺寸精度也可以在其机器本身所配备工作台的精度下,完成所达到的要求,加工的质量较高,不需要二次加工。水刀的零配件使用寿命较长,机械可使用时间长,相对成本较低。水刀切割时不会产生灰尘及有毒气体,可提供一个较为清洁及安全的工作环境。更重要的是,水刀以水作为切割的刀具,不用像其它的切削刀具需要刃磨,它是一把永不磨损型的刀具。如今,水刀加工技术和设备有了长足进步,其应用遍及工业生产和人们生活各个方面。目前已有10,000多套水射流切割设备在数十个国家几十个行业应用,已可切割500余种材料,其设备年增长率超过20%。水刀以其独特的优势,在未来的各种加工制造中,一定会有更广泛的应用前景。 (end)

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