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水切割

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中文名;水切割

外文名;Water Jet Cutting

別稱;水刀

性質;利用高壓水流切割的機器

特點;成本低,易操作,良品率又高

水切割又稱水刀,即高壓水射流切割技術,是一種利用高壓水流切割的機器。在電腦的控制下能任意雕琢工件,而且受材料質地影響小。因為其成本低,易操作,良品率又高,水切割正逐漸成為工業切割技術方面的主流切割方式。[1]

簡介

水切割又稱水刀,英文名high-pressure water cutting,即高壓水射流切割技術,是一種利用高壓水流切割的機器。在電腦的控制下能任意雕琢工件,而且受材料質地影響小。因為其成本低,易操作,良品率又高,水切割正逐漸成為工業切割技術方面的主流切割方式。

分類

1.以加砂情況來分:水切割分為無砂切割和加砂切割兩種方式。

2.以設備來分:分為大型水切割機小型水切割機三維水切割機動態水切割機

3.以壓力來分:分為高壓型和低壓型,一般以100MPa為界限。100MPa以上為高壓型,100MPa以下為低壓型。而200MPa以上為超高壓型。

4.以技術原理來分:分為前混式和後混式。

5.以安全切割來分:分為安全切割類和非安全切割類,區別主要在水壓上面,100MPa以下低壓型水切割可應用於特種行業如:危化、石油、煤礦、危險物處理等方面。

特點

1.數控成型各種複雜圖案;

2.屬冷切割、不產生熱變形或熱效應;

3.環保無污染、不產生有毒氣體及粉塵

4.可加工各種高硬度的材料,如:玻璃、陶瓷、不鏽鋼等,或比較柔軟的材料,如:皮革、橡膠、紙尿布等;

5.是一些複合材料,易碎瓷材料複雜加工的唯一手段;

6.切口光滑、無熔渣,無需二次加工;

7.可一次完成鑽孔、切割、成型工作;

8.生產成本低;

9.自動化程度高;

10.24小時連續工作。

Norman Franz博士一直被公認為水刀之父。他是研究超高壓(UHP)水刀切割工具的第一人。超高壓的定義是高於30000psi。Franz博士是一名林業工程師,他想尋找一種把大樹幹切割成木材的新方法。1950 年,Franz第一次把很重的重物放到水柱上,迫使水通過一個很小的噴嘴。他獲得了短暫的高壓射流(多次超過了現用壓力),並能夠切割木頭和其它材料。他後來的研究涉及更為連續的水流,但他發現獲得連續高壓非常困難。同時,零件的壽命也以分鐘計算,而不是數周或數月。

Franz博士從沒製造出一種量產的木材切割器。而木材切割卻是超高壓技術最不重要的應用之一。但Franz博士證明了高速會聚水流具有極大的切割能量-這種能量的應用遠遠超出了Franz博士的夢想。1979年,Mohamed Hashish博士在福祿研究室工作,開始研究增加水刀切割能量的方法,以便切割金屬和其它硬質材料。Hashish博士被公認為加砂水刀之父,他發明了在普通水刀中添加砂料的方法。 他使用石榴石(砂紙上常用的一種材料)作為砂料。憑藉這種方法,水刀(含有砂料)能夠切割幾乎任何材料。1980年,加砂水刀第一次被用於切割金屬、玻璃和混凝土。1983年,世界上第一套商業化的加砂水刀切割系統問世,被用於切割汽車玻璃。該技術的第一批用戶是航空航天工業,他們發現水刀是切割軍用飛機所用的不鏽鋼、鈦和高強度輕型合成材料以及碳纖維複合材料的理想工具(已用於民用飛機)。從那以後,加砂水刀被許多其它工業採納,例如加工廠、石料、瓷磚、玻璃、噴氣發動機、建築、核工業、船廠等等。

技術興起

20世紀末,水切割技術引入我國,經歷了近5年的市場應用及設備的改良,主要應用於建築陶瓷、石材、金屬加工、汽車工業、航空航天、軍工、石油化工等行業並得到良好的發展。

21世紀初期,針對水切割技術在市場應用中出現的相關問題以及技術單一性,便攜式水切割技術應運而生。

便攜式水切割技術屬低壓水射流技術,即利用較低壓力(25Mpa~50Mpa)即可實現金屬及其他材料的切割作業。該技術的出現具有較強的實際應用意義。便攜式水切割技術的誕生為水切割技術的發展掀開了歷史性的一頁,是水切割技術領域的又一新突破,標誌着水切割技術進入了便攜式水切割技術研究階段。

便攜式水切割技術借鑑水切割技術的基本原理,拋開傳統水切割技術的後混式切割原理而進行了技術的改革創新。該技術初期主要應用於彈藥等危險品的銷毀處理工作,隨着便攜式水切割技術的不斷完善,其應用領域也近一步擴大,主要應用於排爆、石油化工、煤礦井下作業、工程施工、船舶製造等相關行業領域。

技術發展

便攜式水切割系統是一種新型水切割設備,其具有體積小、重量輕、運輸方便、切割效率高等特點,利用較低水壓即可對鋼板、陶瓷、大理石、水泥製品等進行切割。因此便攜式水切割系統具有廣大的市場應用前景,可滿足客戶對切割能力及作業環境的不同要求。

在過去的市場實戰應用中,便攜式水切割系統表現出優越的使用效果。其主要應用於航彈銷毀、石化管道切割、危險品處理、易燃易爆品切割作業。應用效果明顯,切割過程中輕鬆消除所存在的安全隱患,成為了航彈銷毀、石化管道切割、油罐切割、油輪開孔之首選。

特點優勢

1、可切割範圍廣

可以切割絕大部分材料,如:金屬,大理石,玻璃等等。

2、切割質量好

平滑的切口,不會產生粗糙的,有毛刺的邊緣。

3、無熱加工

因為它是採用水和磨料切割,在加工過程中不會產生熱(或產生極少熱量),這種效果對被熱影響的材料是非常理想的。如:鈦。

4、環保性

這種機器採用水和沙切割,這種沙在加工過程中不會產生毒氣,可直接排出,較環保。

5、無需更換刀具

你不需要更換切割機裝置,一個噴嘴就可以加工不同類型的材料和形狀,節約成本和時間。

6、減少毛刺

採用磨料砂的水刀切割,切口只有較少的毛刺。

7、編程迅速

程序主要是由CAD製圖軟件生成,你可以在layout中隨意設計線圖,或輸入從其他軟件中生成的DXF文件,另外,機器支持第三方軟件,如nesting嵌套排版軟件(用於把圖形在工件中添滿,能最大限度地減少工件損耗)。

8、快速的編程

可以把其他軟件生成的程序調入機器,它能夠從CAD建立起刀具路徑,並能把刀頭的精確定位和切割速度在超過2000點/英寸(800點/cm)計算出來,你需要做的只是指定你要切割的材料和厚度,其他的工作交給機器去完成。

9、與其他設備組合,可以進行分別操作

水切割機可和其他的加工設備組配(如鑽削頭),充分利用其性能,優化材料利用程度

10、減少調整次數

對工件只需要很小的側壓就能固定好,減少複雜的裝夾帶來的麻煩。

11、無切割方向之限制→可完成各種不同的切割形狀。

12、所產生橫向及縱向的作用力極小→可降低設定時間及使用夾治具的成本

13、用同一種機器即可完成鑽孔及切割功能→可降低製程時間及切割成本。

14、不會產生熱效應或變形或細微的裂縫→不需二次加工,可節省時間及製造成本。

15、不會產生具毒性的氣體→可為操作人員提供更好的工作環境。

16、不會產生毛邊→可縮短工件製造所需時間及製造成本。

17、切口細→可減少大量廢棄材料的產生,節省直接製造成本。

18、一次即可完成工件之切割且擁有良好的切邊品質→可降低製程時間及成本。

19、依設計及工件材質的不同來作彈性的調整→可縮短從接單至成品產出的時間,提升產能,為企業帶來更多的商機。

切割技術

由於能量梯度的作用,激光、氣體等離子、射流等切割手段在切面越深時(距噴嘴越遠),切割能力越差,所以所形成的切割面往往不垂直於工件表面,被稱之為切割斜度,這是所有切割手段的一個固有缺陷。雖然通過提高切割能量或降低切割速度可以部分減小切割斜度,但依然存在不能完全垂直切割的問題。於是,可傾斜切割頭的設想於1997年被提了出來,國際上已有商用產品,這是解決切割斜度,提高精度最直接有效的方法。其原理是通過在原有三軸平台的基礎上再增加2個旋轉軸,刀頭可向任何方向擺動,並利用預先在系統中設置的斜度模型,通過對切割軌跡的實時計算,再根據被切工件的材料與厚度進行修正,在切割的過程中不斷地擺動切割頭,使得切割出來的工件達到完美的無斜度狀態。

超高壓水刀可切割各種厚、堅硬之材料:如不鏽鋼、鋁、銅、鋼鐵、大理石、合金金屬、玻璃、塑料、陶瓷、磁磚及各種可看得到之材料。

切割精度

其切割工件之精度介於0.1mm~0.25mm之間。工件之精度決定於機器之精度、切割工件之大小及厚度

切隙寬度

需視切割工作材質大小厚薄與所使用的噴嘴而定。一般而言,加砂切割之切口約為1.0mm至1.2mm。隨着砂刀管的直徑擴口,其切口也就愈大。

切割斜邊

所運轉之切割速度決定其斜邊品質。大部分所看到好的切割品質之單側斜邊為0.1mm左右。

適用範圍

一般而言,以複雜圖案、厚、難切、易碎與怕熱之材料,最適合使用水刀切割為加工設備。

參考來源

實拍:可以切出3D工件的水切割機,任意材料都能切割

參考資料

  1. 水切割機,快資訊 , 2022-08-08