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水射流切割技术


⑦ 
22 — 2  

水 射 流 切 割 技 术 
机电部济南铸锻所 塞堡嘤  

本刊编辑部 塾萤
摘要

T ̄ 4   - Sz

包 括 纯水 水 射 流 与磨 料 水 射 流 的永 射 流 切 割是 近 年 来 发 展 起 来 的 新 技 

/>术, 己在 几 十 个 国 家 的许 多 工业 部 门广 泛 应 用 。 本 文介 绍 了 该 技 术 、 设 备 、 应 用 及  发 展 动 向, 并 对 我 国 发 展 此 项技 术 提 出 了 建议 。  

美麓词z水射 流

切割技7   &
高  * 

1 7 年 , 水 射 流 ( a e  e, 称 w J  91 W trJt 简 )

切割机样机在美 国问世,成功地切割 了多种 
非金 属 软 材 料 , 引起 国 际 关 注 。 1 8 年 , 93   磨 料 水 射 流 ( rsv  ae  e,简 称  Aba ie W trJ t AW J切 割 技 术 在 美 国 又率 先 进 入 实 甩 阶 段 r )   切 割 对 象 更 为 广 泛 。 现 在 , w J Aw J切割  / 技 术 仍 在 不 断 发 展 。 并 已 在世 界上 几 十 个 国  家 的许 多 工 业 部 门 广 泛 应 用 。我 国机 电部 有  关 科 研 单 位 在 数 年 前 也 已开 始 研 制 工 作 , 目  
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水 射 流切 割 机成 套 设备 

前 已取 得初步成果。这是■项很 有意 义 的实  用 技术 , 希 望 引 起 各有 关 方 面重 视 。  


h, 用 软 水 为 7   用 反 渗 软 水 可 达 1 0h 8h, 9  
以上。  



工 作 原 理 与 设 备 

2 增压 系统   .

水 射 流 切 割 的 基 本 工 作 原 理 , 是 将 水 经 
过 增压 ( 0  ̄ 5 0 2 0 0 MPa )后 , 再 由小 直 径 孔  

其核心部件是 增压 器。 一般 采用液压 作  用往 复式 ,增压 比通 常选 用1 :~2 : 。增  01 01
压 器 的输 出 水 压 可 由改 变 输 入 端 液压 系 统 的  油 压 来 调 节 。 为 使 水 压 波 动值 控 制 在 土 5%  以 内 , 在 增压 器 与 喷 嘴之 间设 蓄压 器 。   3 高 压 水 路系 统  . 高压 水 路 连 接 增压 系 统 和 切 割头 装置   为 了输 送 高 压 水 和 适 应 切 割 头 快 速 灵 活 运 动  的要 求 ,高 压 水 路 管 道 通 常 采 用 具有 挠 性 的  耐 超 高 压 不 锈钢 钢 管 , 并 由若 干 个旋 转管 接 
头 组 成 

( 0 1 ~ 0 4 m)喷 嘴射 出 , 形 成 高压    .  5 .r a 水 射 流 利 用水 压势 能 转 换 为 动 能 而 对 工 件 进 
行切 割。  

若 在 水 射 流 中经 混 合 室 混 入 磨 料 粒 子  后 , 再 由混 合 喷 嘴射 出 , 则 其 动 能 更 大 , 切  割能力更强 。   前 者 称 为 纯 水 水 射 流 切 割 , 后 者 称 为 磨  料 水 射 流切 割 。 因两 者 均 以水 为 载 体 ,故 合   称水 射 流切 割 。   水 射流切割机成套设备 如图所示。   1 供 水 系统  . 为延 长 宝 石 喷 嘴和 高 压 往复 密 封 件 的使  用 寿 命 , 水 应 预 经 软 化 及 精 滤 处理 , 到 F 达 H  6~ 8和 杂 质 粒 径 0.p 5 m以下 。 实验 表 明 ,  

4 磨料 供 给 系 统  . 对 于 AW J切 割 机 ,还 要 有 磨 料供 给 系 

统 。它包括料 仓、磨料流量 阀和输 送管。   5 W J Aw J 割 头 装 置  . / 切
w J切 割 头 包括 高压 水 开 关 阀 和宝 石 唼  嘴 。 AW J 割 头 则 还 包 括 使 水 射 流 与 磨 料  切 混 合 的混 合 室 , 以及 混 合 后 的 混 合 喷 嘴 。  

若直接使 用 自来水 ,兰宝石喷嘴 寿 命 仅 3  4
2   2

Aw J 混台 喷嘴要 求耐 磨 性 更 高,一般采甩 

AW J 对 于软 、硬 ,脆 、韧等 各种性质 的材  ,
料都能适 应。  

硬质台金制成 ,精割 寿命 约 2 h,粗割 寿命    约1  0 h。采用特殊 工程 陶瓷制造 的喷 嘴,寿 
命 可达2 ̄ 1 0   0 0  h。
6 接 收 装 置  .

( 2)切 割质 量高,经 济性好  切面平 
整 光 滑 , 般 不 需要 二 次 加 工 , 降 低 加 工 成  一 可

本 。切 缝窄( .~2 6 m) 0 6 .r ,材料利 用率高。 a  
(3) 生 产 效 率 高 。通 常 ,一 套 切 割 机  可配 置 多 个 切 割 头 同时 工 作 。   (4) 可 控 性 好  切 割 可从 工 件 上任 意 


它 置于 工 件 下 方 , 用 来 收 集 切 割 剩 余 射  流 , 具 有 消 能 、降 噪 、 防溅 和 安 全 等 功 能 。   7 运 动控 制 系 统  . 控 制 w J Aw J切 割 头 运 动 轨 迹 的 控 制  / 装 置 ,其 构 造 形 式有 柱 式 、 门式 、 多 轴 式 及  多 轴 多 关 节 机 器 人 等 。控 制 方 式 有 手 动 、 机   动 、NC ( 控 )和 C 数 NC ( 计算 机 化 数 控 )  
等 方式 。  

点 开 始 , 在任 意方 向上 进 行 。 易 于 结 台 

CNC 技术 ,实 现 复 杂 形 状 多 品种 小 批 量 生  产。  

( 5)安全性好 。工作时无尘、无味、  
无 毒 、 无 火 花 ,振 动小 、 噪 声 低 。 尤 其 适 台  在 恶 劣环 境 和 有 防 爆 要 求 的 场 合 下 工 作 。   w JAw  割 与其 它切 割 法 比 较 如 下  / 切 表。  
裹 

二、 W J AW J 艺特 点  / I
(1) 切 割 时 不 产 生 热 影 响 区 。尤 其 是 

WJ   讶 断 骧 理  ( 斯髓) 切  

AW J  

机 械切 割  气 焊 切 射  电 弧 切 割  等离 子 切 割  敬 光 切 割 

线 切 封 

卣超 高 压  两 左 

话 帛 , 磨  由 己 炔 和  产 生 电  在 惰 性 气  由散 光 使  在 鲍  ( 能) 热  

水 射 流  并 混 入 磨  , 剪 床 哿  床 氧引 起 锕 铁  ,置 由 电  保 护 下 , 弧 体  之 快 速 熔 断  中放 电 韧 均   ( o ~ 5 口科 ( 砂  机 械 切 断   材 料 擂 蛲 亚  热 使 之 焙  电 孤 产 生  ( 能 ) 2 O 0  硅 l 弧 由 热  
M P? )讶 害  刚 砂 , 刚  ( 械 能 ) 由燃 蛲 热 使  6盘 机   断  的 等 离 子 热  ( 能) 热  

( 动船 ) 玉 等 微 粒 )    
( 能  琦 特  征  切 断 时 不  同 左 

之 熔 断 
( 能) 热  

( 能 ) 使 之 熔 断  热  

常 规 切 断  设 备 简  对 于 难 阱 遣 台 不 锈  薄 板 (   金  精 加 工 月  

( 割 工 件 { S 1  切 S4 , 产 生 热 影 响  尤 其 适 台  式  尤 其  、 宜 。 气 射 的 不 锈   、 非 链 合  、 皮 革 、 ( ~ 5 mm 方 单 便 最  钢 属   4     t =2 mm) 区 ,切 断 方  嫉 材 料  合 生 产 巍  台 碾 蠢 锕  0   砖 锢 非 铁 告  (1 D~  台 材 料 ) 硬 适 盘 0 复  


向 甘 由 度 ( 0 ~ 2 0上 大 量 生 产 ( 5 ~ 5 0盎 最 适 合  0 皿皿, 10 0  4 0 O  2O   太 。 尤 其 箍  mm, n  ( O ~1 D  mj ) 2 O D Omm, n   ( O  ml ) 1 0 mm/ml )   n 

精 加 工  ( ) -  

台 软 质 材 科 
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有 机 材 料  布  纸、术 材,   檬 赃 、 堑 科  非 金 属  - 璃 钢  玻 材 料 无 机 村 料 


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三 、 应 用 举 例  美国 福特 和日 本丰田两大汽车公司,各  
自集 中了近百台w J AwJ机器 人在生产线  /
上 服 务 , 主 要 用于 切 割 汽车 外装 件 和 内 装  件 , 可 节 省 大 量 大 型 模 具 , 缩短 生 产 周 期 ,   便 于 更 改 设 计 、 提 高 制件 质 量 、 改 善 作 业 环 

应用实例。   四  发 展 动 向 
(1)与 C NC技 术 相结合 以提 高使 用 
柔性。   (2) 向 车 、铣 、钻 、材 料 表 面 强 化 与  处 理 等 加 工领 域 开 拓 。  

境等 。尤其是迎台了 汽车 工业更新换代 快和  消费需求多样化 的特点,所 以 受 到 特 别重 
用。  
建 材 工 业 用 于 切 割 石 棉 板 ,不 仅 可 以 多 

(3)与铣削、激光等加 工机 械结 合组  成组合机 械, 以提高综台效率 。  
(4)建 立 W J Aw J数 据 库 以 利 推 广  /
应 用。   ‘  

层 一 次 切 割 ,还 可 彻 底 消 灭 粉 尘 危 害 。 用 于  花 岗石 、大 理 石 、玻 璃 等 异 形 切 割 ,也 有 独  特效果 。   服 装 行业 过 去 使 用激 光 裁 剪 , 由 于 局 部 高 温 使 材 料产 生 热 损 伤 、 粘 连 等 , 现在 改 用  w J 割 就 无 此 弊 病 。制 鞋 业 也 已采 用w J 切 切  割 机 ,据 报 导 , 台切 割 机 一 天 可 下 料 1 0 0 一 5 0  双鞋底。   宇 航 工 业 、 国防 工 业 等 经 常 遇 到 高 强度  高 硬 度 高 脆 性 材 料 的 切 割 问题 ,如 陶瓷 材 料   和 厚 2 mml 的 钛 合 金 、钨 钼合 金 等 ,其   5  ̄上 它 切 割 方 法 难  应 付 , 而 AW J不 仅 切 割 顺  利 , 还 可 提 高 工效 数 十倍 。   其 它 如 大厚 度 蜂 窝状 、夹 层 状 构 造 的 隔  热 、 隔 音 、 隔 振 材 料 的切 割 以及 电 子行 业 用  于 微 电子 微 型 元 器件 的精 细 切 割 等 ,也 都 有 

(5) 开 发 粘 聚 悬 浮 磨 料 水 射 流 ( J  AS ) 新 技 术 ,使 其 在 低 水 压 下 使 用 , 以便 实 现设  备 小型 化 , 简 易 化 。   — r  曲   血 、 建 议   从 国 内 目前 研 制 情 况 来 看 , 已为 普 及 型  经 济 型 起 步 和 逐 步 向高 级 多 功 能 型 扩 展 作 了  大 量基 础 工 作 , 备 可 完全 国产 化 。 在 的 主  设 存 要问题是:   (1) 基 础 件 的 开 发 与 研 究  目前 部 分   超 高压 基 础 件 可 靠 性 与 寿 命 尚不 理 想 ,需 要  有 关科 研 单 位 与 制造 厂 加 强 开 发 与研 究。   (2) 加 强 基 础 研 究 工 作 关于wJ  / AW J 割 机 理 的研 究 、参 数优 化 与 数 据 库  切 的 建 立 等 基 础研 究 工 作 尚须 强 化 。   建 议 上 级有 关 部 门加  协 调 组 织 。  

书 母 串 书 串 书 串 书 串 书 书 书 申 书 书 串 专 书 夸 书 串 书 书 书 夺 串 书 书 串 书 串 书 书 书 书 书 串 书 书 书 
( 接 1 页) 上 2  

率 的关 系 。对 任 何 频 率 (  )来 说 , d愈  MHz



 

大屏蔽 效率 愈小 。在某一 特定 的频 率下,要 
达 到 某 一 屏蔽 效 率 ,从 图 3便 可 查 到 所 需 选 
择 的缝 隙 长度 d。  

当频 率 高 于 2 0 0 MHZ需 要 屏 蔽 时 , 缝 隙  尺寸 必 须 减 小 到  / 0 波 导 结 构 能 提 供 更  2。
大 的 屏 蔽 作 用 。蜂 窝 式 结 构 开 口深度 为其 宽 

度 的 4倍 , 在 5GHz 产 生 约 0 d A) 的    时 0 B(
圈  3  

屏蔽。  

( 君质 摘 译 ,盎 玉 尧校) 蔡  

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