水切割机

水切割机（精选8篇）

水切割机 篇1

0前言

纤维水泥板的成形主要是通过抄取或流浆工艺将料浆小料层带到成型筒表面, 料层形成一定厚度后再分离为板坯。板坯在输送带带动下移动, 经周边切割后进行养护, 养护完成后再进行周边及表面深加工而形成成品板材。纤维水泥板板材周边切割的好坏直接影响成品的质量, 好的切割方式是保证质量的重要一环。在实际生产过程中通常采用的是刀切割和水切割二种工艺, 二者各有优点, 刀切割简单可靠, 费用低, 但存在安全隐患, 且噪音大;水切割能够弥补刀切割的不足。目前, 在水切割技术应用逐渐成熟的前提下综合考虑认为, 水切割技术优于刀切割技术。

本研究在原有30MPa和50MPa成熟切割技术的基础上, 研制了100MPa高压水切割机, 该机目前已使用到年产800万m2纤维水泥板生产线上。随着纤维水泥板生产技术的成熟和产量的提高以及板材厚度要求的增加, 高压水切割机有着良好的市场发展前景。

1 高压水切割的工作原理

高压水射流技术的主要参数是喷嘴出口水的压力、喷嘴孔径、板坯移动速度及板坯的厚度和材料密度。为了节约用电和用水, 喷嘴的孔径不能太大, 但孔径太小, 高压水在离开喷嘴瞬间就会发生雾化, 达不到切割板材的目的, 故喷嘴孔径的选择是高压水射流设计的重要一步。流量计算最简单的公式是:流量=截面积×水流速度, 截面积与喷嘴直径成平方关系。高压水电机功率的计算是个复杂的过程, 在实际运用中我们只能简化进行, 完整细致的计算也只能是个参考。图1为一个完整的运用于纤维水泥板高压水切割的液压系统原理图。考虑到喷嘴直径小, 在理想状态下可以忽略管道水流量计算, 最基本的计算可以控制油压系统的压力, 需考虑喷头一旦堵塞时控制好高压水的压力, 保证整个系统的自身安全。

高压水射流控制系统流程为:油泵加压→电磁换向阀→高压水增压器→高压蓄能器→高压水换向阀→高压水喷嘴→板材切割。

增压器是一种连续产生高压水的装置, 通过增压器柱塞的往复运动及单向阀的作用, 具有一定压力的自来水被吸入增压器的增压腔, 柱塞的移动将液体水的压力按增压器增压比进行增压。由于是连续增压, 高压水在柱塞换向时会发生压力波动, 波动范围与喷嘴的直径及油压系统的特性有关, 电机功率富余大, 喷嘴孔径小, 系统密封好, 压力波动会相应减小, 一般在增压器换向时高压水压力可波动40~50%, 在设备使用过程中一旦压力波动范围过大, 会给产品质量造成很大的负面影响, 减小系统波动是稳定高压水及高压水切割的必要条件。目前, 随着各行业技术水平的提高, 高压蓄能器的使用越来越普及, 产品质量也有保证, 合理选用高压蓄能器是能够很好解决这一难题的。

2 高压水切割技术参数

2.1 油路

电机:Y160M-4

油泵:齿轮泵CBG2040

额定压力:P=16MPa

电机功率:N=11k W

最大工作压力:P=9MPa

公称流量:Q=40m L/r

2.2 增压器

流量:Q=58L/min增压器:增压比K理论=14, K实际=11

工作行程:S=230

最大工作油压:Pmax=9MPa

油缸内径:D=150

水缸内径:d=41

柱塞直径:d=40

工作水压:Pmax=100MPa

2.3 蓄能器

型号:4AT100-4-2-32-787

工作压力:P=690bar

保护压力:P1=1035bar

安全压力:P2=2760bar

容积:V=2L

一台完好的高压水切割机必须保证项目三个要素: (1) 使用效率高; (2) 使用故障率低; (3) 使用费用低。

3 高压水技术的运用

图2为纤维水泥板生产线高压水切割应用的典型设计方式, 将高压水切割机与接坯输送机、移坯机布置在一起, 接坯输送机完成板坯的纵向输送和纵向切割, 移坯机则完成板坯的横向移动和横向切割, 纤维水泥板的优等品标准长宽允许误差为正负2mm, 切割尺寸的控制是成品板材质量好坏的重要指标, 要得到理想的产品必须注意以下六个方面的问题。

3.1 设备的平稳运行

接坯输送机在输送板坯时表面要保持平直, 输送带不发生偏移;横移机吸盘在移动过程中要保持吸盘平稳, 导轨导向准确。

3.2 高压水工作压力

事实证明, 板材周边切割质量的好坏与高压水的压力有直接关系, 喷嘴出口水压力越高板材切割边就越整齐, 要保证出水口的压力, 密封件质量是关键, 管路系统不得有泄露现象。

3.3 喷嘴质量

喷嘴质量好, 制作精良, 则切割效果好, 其使用寿命也长。

3.4 切割速度

切割速度慢, 则切割质量好, 但会导致使用成本的提高, 生产线产量的降低。

3.5 喷嘴运行

板材方向与面的夹角也有一定的关系, 在实际使用过程中, 喷嘴运行方向与板材表面要保持一定角度, 系统切割速度越高其夹角就越小, 一般保持在80°~85°之间可满足要求。

3.6 喷嘴出口水压

喷嘴出口直径按0.3mm考虑, 假设管路有一小段水柱, 横截面积为S, 长度为H, 则它的体积为V=H×S, 质量为M=V×P (P为密度) , 全过程按动量守恒定律:压力F×T=M×V, 其中T为时间, 而T=H/V, 所以, , 即当喷嘴出口压力为50MPa时, 理论出口水射流速V=4.1×104m/s, 当喷嘴出口压力为80MPa时, 出口理论水射流速V=5.2×104m/s。很明显, 喷嘴出口射流速度与喷嘴直径有关, 喷嘴直径越小出口流速越大, 出口压力越大则射流速度越快。

综合分析上述六个方面认为, 保证水压运行平稳及提高喷嘴质量是最主要的因素。因高压水工作压力和切割速度成相反关系, 故在实际使用过程中要重点注意工作压力与切割速度二个参数的选择与设计。实践表明, 切割速度控制在25~35m/min为宜, 可兼顾生产线产量和产品质量及设备使用成本三者之间的关系。

4 高压水切割技术关键

高压水切割机技术具有系统压力高、纵横切换向频繁、需要连续射流及喷嘴孔径小的特点, 因此, 对设备相关零部件的设计和加工质量有很高的要求。

高压水发生装置示意图见图3。

4.1 喷嘴

喷嘴是高压水射流设备的核心元件, 压力一定时, 喷嘴直径越大射流冲击力也越大, 但喷嘴直径的增大会导致破坏面的加大, 需要的能量消耗也越大, 也就失去了高压水射流的优势, 因而, 高压水射流的喷嘴直径都比较小。圆锥型喷嘴具有射流集中、扩散角小、无回流等特点适合纤维水泥板的切割。影响射流冲击压力的主要因素是射流压力、射流流量、喷嘴的移动速度 (切割速度) 及喷嘴到板材表面的距离, 对干坯切割由于需要采用磨料水射流增加了设备的难度及使用的成本, 所以, 高压水射流在干坯工业化生产线上的应用不是很普遍。

为了达到更好的切割质量, 使板材边缘没有突出的锯齿线、无毛刺和外形整齐, 高压水射流和大孔径喷嘴 (增加流量) 是必要的, 这两种方式都可以增加切割效果。切割力越大, 水射流切割系统就更高效, 但过高的压力通常会带来较高的投资和运营成本。因此, 我们必须在成本效益分析的基础上确定需要的水射流最佳压力和切割速度。实践证明, 30MPa高压水射流可以满足切割厚5~10mm板材年产量150万m2的需要, 如要进一步提高产量和质量就要提高切割系统的压力。近年来, 随着加工及配套技术的成熟, 液压系统的设计及制造水平的提高, 在纤维水泥板的切割中, 100MPa高压水切割成为可能。

4.2 增压器

自来水经过滤器过滤之后, 由油压系统进行增压进入增压器两端的高压缸内。当油压系统往复运动时, 一端高压缸通过进水单向阀进水, 另一端高压缸的水被推出, 经过出水单向阀进入高压管路。如此反复, 在两端的高压缸中交替进行, 形成源源不断的高压水射流。由于存在增压器换向周期, 输出水流的压力形成周期性波动。因此, 高压水流需经高压蓄能器进行稳压, 通过高压管输送到喷头。掉压发生在增压器柱塞换向的瞬间, 柱塞在加压过程中突然换向, 高压水就失去了动量, 加压腔变为无压状态, 此时, 蓄能器释放能量将单向阀关闭, 由于喷嘴孔径很小射流的能量完全由蓄能器供给, 当增压器柱塞换向完成后依靠增压器产生的压力抵消蓄能器的释放压力, 增压器另一侧单向阀打开, 此时压力继续上升, 蓄能器处于加压蓄能状态, 当增压器产生的压力与蓄能器的压力持平时, 系统压力维持平衡, 压力没有波动, 继续提供系统所需的高压水。为了节约运行成本, 在生产过程中不要设置压力一直在高压段, 纤维水泥板在切割后还需要磨边和倒角, 过高要求水切割边的质量会增加加工成本。

4.3 高压水过滤器

由于喷嘴的出水口径通常都很小, 在日常使用过程中高压水通过喷嘴时不免有自来水的杂质以及设备在运转过程中的磨损物质将喷嘴堵死, 严重影响设备的正常运转, 经常需要停止设备进行检修。在喷嘴的前部设置高压水过滤器, 结构如喷头组件 (图4) 所示, 能有效的解决喷嘴容易堵死的问题。

4.4 高压蓄能器

可采用活塞式蓄能器, 其使用寿命长, 安装使用方便, 安全可靠, 一次充气可有效使用3~5年, 对系统的水压稳定有很好的效果。100MPa高压水切割机设计压力为100MPa, 综合使用情况, 可以考虑系统最低水压为60MPa, 系统充气压力为 (0.8~0.9) ×60MPa, 即48~54MPa。100MP高压蓄能器能确保切割压力的稳定性, 使系统更加安全, 效率更高, 并使系统能耗得到降低。

4.5 连续水射流

为了满足高产生产线板坯的切割需求, 使水射流连续是必须采取的措施。

4.6 高压换向阀

高压换向阀的设计和使用可使纵横切方式的转换变得容易实施, 切割节奏容易得到控制。

4.7 设备调试

由于高压水切割水压系统是属于超高压, 因而应把使用安全放在第一位。设备现场安装完成后要仔细检查各个部件是否安装到位, 高压水管路是否连接正确, 接头焊接是否规范。检查红宝石喷嘴的安装是否正确, 要注意安装时用力不要过大, 以防宝石破损影响使用。开机前要调整油压系统溢流阀, 使系统处于无压状态, 开机后逐步调整油压系统, 使压力保持在5MPa。检查水压及油压系统是否有渗漏现象;检查高压水换向阀是否换向灵敏且无漏水现象;观察高压水在增压器换向时压力表指针波动是否在正常范围, 如果过大就要检查蓄能器的充气压力是否满足生产需要和相关密封;系统使用正常后可逐步调高油压系统压力, 最终使水压系统压力稳定在100MPa以下。

5 结论

实践证明, 100MPa高压水射流技术应用到纤维水泥板的切割是可行的, 有效的。该技术不仅环保而且安全, 更有利于保障纤维板材后面的加工工序, 如磨边和倒角加工的质量。

水切割机 篇2

科目：先进制造系统导论

专业：机械设计制造及其自动化

学号：110606423

姓名：XXX

水切割的原理及应用

摘要：

水切割也称水射流切割或水刀切割。高压水射流切割是一种特殊的加工方法。它利用增压器将水加压，达到10MPa一400MPa甚至更高的压力。水获得压力能，再从细小的喷嘴喷射而出，将压力能转换为动能，从而形成高速射流。切割正是利用这种高速射流的动能对工件的冲击破坏作用，达到切断、成形的目的。

高压水射流既不同于传统加工的铣、刨、磨、削，也有别于一般的剪切和冲裁。它属于高能切割。高压水射流切割就是把高压水射流的动能作为切割能，对材料进行冲蚀和挤压、破坏，以达到切割的目的的一种新工艺。它最大特点是非热源的高能量射流束加工，切割过程中无热产生，故可以切割所有的金属和非金属材料，特别是各种热切割方法难以切割的材料。具有：切口快、切口平整、无尘埃、无热变形、无污染、减少材料浪费等特点。可切割：钛合金、铜板、钢板、铝板、铸铁、花岗岩、大理石、瓷砖、化纤、木材、布匹、纸张、皮革、塑料等材料。已应用于航空、军工、石材、建筑、装潢等精加工领域。

关键词：水刀，超高压，高能量，安全，成本低，无污染，高速度，精加工。

水在人们的概念里往往是“柔”、“软”的代表，然而自古就有水滴石穿之说。以柔克刚水滴石穿给水赋予了新的定义，如今利用柔软的水也能够进行切割物体了，不论是纯钢的钢板还是坚硬的石头，在水刀面前变得轻而易举。

高压水射流加工技术正是利用与水滴石穿相同的原理，把动量加大，缩短时间，达到断石、断铁、切割的目的。人们在很早的时间就开始利用很高压力的水进行材料的加工和切割。1870年前后，美国在加利福尼亚的金矿中用增压后的水流开采矿石，俄国人也曾用水采煤。在上世纪60年代，密苏里大学林业系的诺曼·弗朗兹教授发明了高压水射流的切割实验装置。该装置的核心是一个单缸增压器，压力可以达到344.7MPa(s000opsi)，用这样的高压水可以来切割木材。这一装置引起包括著名的依格所尔公司在内的许多压力设备制造商和研究单位的兴趣。

1971年第一台商用水切割试验机在杰克逊的阿尔顿纸品公司投入应用，用于切割层压纸 管，并且可以在纸管上切出各种形状。高压水切割技术的真正的商品化应用是上世纪80年代初洛克韦尔飞机公司用水切割机来切割BI轰炸机的钦合金零件，可以节约成本50%。目前许多国外的公司用高压水切割各种材料，甚至用于军舰制造。

普通的加工方式即利用硬度较强的金属制作刀具，在主轴的高速转动下带动刀具进行切割多余材料来达到加工目的，然而由于，这种方式是用硬的材料来切软的材料，那么较硬的材料采用这种方式就会比较难加工，况且加工过程中，产

生大量的热量，经常会导致工件的热变形，影响加工精度，直接接触切割也容易导致刀具的磨损，使刀具使用寿命降低，在加工过程中的冷却液也会造成加工质量的不稳定，增加相应制造成本，造成环境污染。

高压水射流足以水为工作介质，通过增压设备和特定形状的喷嘴产生高速射流束，具有极高的能级密度。一些新型射流如脉冲射流、空化射流和磨料射流的相继出现，大大提高了其切割、剥离、破碎能力，更进一步拓宽了水射流技术的应用范围，可用于清洗、清理、切割、注水钻孔、喷雾、破碎、研磨等作业，具有清洁、无热效应、能量集中、易于控制、效率高、成本低、操作安全方便等特点，超高压水刀的基本技术既简单又极为复杂。当水被加压至很高的压力并且从特制的喷嘴小开孔(其直径为0.1mm至0.5mm)通过时, 可产生一道每秒达近千公尺(约音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各种软质材料包括食品, 纸张, 纸尿片, 橡胶及泡棉，此种切割被称为纯水切割。而当少量的砂如石榴砂被加入水射流中与其混合时, 所产生之加砂水射流, 实际上可切割任何硬质材料包括金属, 复合材料, 石材及玻璃.超高压水刀也可使用于各种不同的工业表面处理应用如船身清洗及汽车喷漆设备清洗.水射流切割机包括四个基本组成部分:压力发生装置提供切割动能，如:高强度的加压泵、蓄能器:水供给装置，如过滤器、输送管线;切割装置，如:控制阀门、喷嘴等;回收装置等。有的还具备精确控制装置;磨料供给装置等。

水射流技术特点

较之激光、等离子、线切割等传统的切割方式，水射流切割技术确实有其独特、显著的优势：

1.切割品质优异：水射流是一种冷加工方式，‘水刀’不磨损且半径很小，能加工具有锐边轮廓的小圆弧。加工本身无热量产生且加工力小，加工表面不会出现热影响区，自然切口处材料的组织结构不会发生变化，也几乎不存在热和机械的应力与应变，无需二次加工，无裂缝、无毛边、无浮渣，因此其切割品质优良。

2.几乎没有材料和厚度的限制：无论是金属类如普通钢板、不锈钢、铜、钛、铝合金等，或是非金属类如石材、陶瓷、玻璃、橡塑、纸张及复合材料，皆可适用。

3.节省成本：水切割所产生横向及纵向的作用力极小，不会产生热效应或变形或细微的裂缝，不需二次加工，既可钻孔亦可切割，降低了切割时间及制造成本。

4.清洁环保无污染：在切割过程中不会产生弧光、灰尘及有毒气体。操作环境整洁，符合严格的环保要求。

5.便于实现一机多能和自动化、数控化：高压水射流是全方位点切割器，无硕万孔，可以在任意点切割，切出任何复杂的形状。因此对程序化和数控操作十分便利。另外采用CAM或CAD控制加工，可以达到高精度，重复加工能力强。6.优化材料的利用率。由于射流切口小、切割可以精确控制，因此样板可以嵌套或者相切排列，充分利用每一块材料，减少废料。

7.加工能力强，可以加工不同材质的工件;硬质材料的加工厚度达6’‘;可以加工某些难以用传统加工方法切割的材料。

水刀的分类

两种水刀是指纯水水刀和加砂水刀。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。

纯水水刀的特点

非常细的水流（常见直径范围：0.004至0.010英寸）非常详细的几何形状 非常少的材料切割损失，切割时不产生热量，切割厚度可以很大也可切得很薄，切割速度快，能够切割软、轻质材料（例如厚达 24"的纤维玻璃绝缘材料），极小的切削力，夹具简单，每天 24 小时的连续运行。

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。

加砂水刀的特点

水流细（直径 0.020 到 0.050 英寸），可切割非常复杂的几何形状，薄材料切割10 英寸厚度切割，堆积切割，材料切割损失非常少，夹具简单，切割力小（切割时低于1磅），对几乎所有加砂水刀作业都只需设置一次，可方便地从单切割刀头切换到多切割刀头，可快捷地从纯水水刀切换为加砂水刀，减少了辅助操作，毛刺很少或无毛刺。

水切割的不足之处

1、高硬度的材料，诸如钢、金属陶瓷、高强度复合材料、坚硬的岩石纯水射流不能切割;而磨料水射流存在喷嘴磨损和切割成本大的问题。

2、高压水射流的设备成本比其他切割方法高。

3、在一些应用中，与激光切割、等离子弧切割、线电极电火花切割等方法比较，存在进给速率低、加工精度差等不足。

4、在切割过程中，影响切割质量的参数多，条件复杂，有时切割导致断面分层和条纹。

水切割的发展

目前从事水射流加工技术研究和应用的国家己超过四十个:主要有美国、俄罗斯、日本、德国、瑞士、英国、法国、加拿大、澳大利亚、印度、韩国、新加坡等国。我国高压水射流技术的研究和应用，通过几年来的发展，取得了许多令人瞩目的成绩。

国内的大连理工大学、石油大学、中国矿业大学、南京理工大学等几所大学和机械部济南铸造锻压机械研究所、机械部通用机械研究所、航空工艺研究所等研究机构，先后开展了水射流加工技术的研究。通过全国性学术交流和许多学者的努力，我国的水射流理论水平也不断提高。

我国的水射流技术起步于上世纪50年代，主要用于采矿业。到1980年以后，开始引进超高压水射流设备，进行仿制和自主的研究开发，用于航空复合材料的切割。同时，在船舶工业，水射流主要用于清洗、除锈。1993年我国正式推出第一台国产高压(最大压力392MPa)磨料水射流切割设备。自上世纪90年代开始，我国的高压水射流设备发展很快，从小功率到大功率、从单机到成套设备、从高压到超高压，从通用设备到专用设备，新产品不断开发，促进了高压水射流技术在国内的应用。

水射流技术的应用范围和领域十分广泛。一般包括工业切割、挖掘、开采和钻探、岩石切割和掘进、表面清洗、材料破碎等。

水射流技术在切割方面的应用

水射流应用于造纸业、橡胶业，而加砂水刀则可应用于石材业、陶瓷业、航空航天业、汽车制造业、金属加工业。尤其值得一提的汽车制造业，随着近几年中国汽车业的迅猛发展，国内外各大汽车生产厂商产值的扩大，车型的不断更新，生产周期的缩短，对配套的汽车内饰件（如汽车地毯、仪表板、顶蓬等）厂家来说，早期手工加工汽车内饰件的切边及打孔的方法、由于效率低下、产品精度差、劳动强度大，显然已不能满足当前汽车业发展的需求。此时，与机器人相结合的的水射流设备脱颖而出。高压水管以螺旋形绕在机器人手臂上，利用机器人手臂和手腕可使水射流头的喷嘴快速沿直线或弧线运行，达到3维加工内饰件的目的。

水射流技术在工业清洗方面的应用

水射流技术可应用于汽车业喷漆房清洗、石化业热交换器内外管清洗、飞机跑道的橡胶清洗、工业上除锈防蚀工程表面处理、航天工业引擎零件清洗、核能发电厂清除辐射污染等。近几年，国外已有公司通过超高压技术，将其应用于食品杀毒达到食品保鲜的目的，并成功打入食品保鲜行业（如美国著名的HEMELL公司已使用超高压设备进行食品保鲜），取得了良好的口碑。水射流可用来清洗汽车、高层建筑物、飞机场跑道、化工厂换热器等，近年来这类业务发展迅速。各种清洗机和清洗设施相继问世，并大量投放市场，各种清洗公司和服务公司也相继成立，为用户提供服务。

美国密苏里•罗拉大学的最新研究表明，高压水射流在使用上还有很大潜力，它可将煤粉碎成细小颗粒，以便进行清洗和生产清洁的燃料，还可用水力制浆法分离木纤维。

2002年，美国FLOW公司将超高压技术带入了一个革命性的阶段，发布了最高压可达87000mpa的超高压水射流设备，在大大提高了生产效率的同时，使用成本也较之以前下降40%。随着对水射流技术不断研发、提升、应用，其发展和使用前景将无可限量。

参考文献：

戴庆辉主编.先进制造系统

机械工业出版社，2006 王润孝主编.先进制造系统

西北工业大学出版社，2001 王细洋主编.现代制造技术 国防工业出版社，2010 美国卓越制造协会主编.绿色制造 人民邮电出版社，刘光复主编.绿色设计与制造 机械工业出版社，2010 沈向东主编.柔性制造技术 机械工业出版社，2013 朱晓春主编.数控技术 机械工业出版社，2006

水切割机 篇3

遥控独立探高属于开关量探高,原理如图1、图2所示。在初始状态,探高环处于上部位置。当进行探高时,探高环弹出,开始探高。如果感应环的位置低于检测位位置,Z轴升降电机将驱动探高装置向下移动,直到感应环到达检测位,Z轴运动停止,同时探高环缩回,探高结束。如果感应环的位置恰好处在检测位,Z轴升降电机将驱动探高装置向上运动,直到感应环低于检测位,Z轴运动停止,同时探高环缩回,探高结束。

2 硬件结构设计与实现

2.1 机械结构

探高装置机械部分主要有气缸、探高环、感应环和固定架等组成。

2.2 电气结构设计

探高装置的电气部分主要有可编程控制器PLC、四路学习型控制器、遥控器、接近开关、电磁阀、指示灯、Z轴升降电机(单相交流)等组成,如图3所示。

3 电气硬件设计

3.1 硬件选型

遥控独立探高装置的电气控制优选PLC控制方案,因为PLC控制经济性好,开发周期短,使用维护方便。

(1)可编程控制器

由于遥控独立探高装置的开关信号输入点数8个和输出点数5个,没有模拟信号的输入输出,所以选择继电器输出的PLC。考虑PLC的性价比,选择台湾中达电通股份有限公司生产的PLC,其电气技术参数如表1所示 :

(2)遥控收发模块

遥控收发模块选择深圳智安宝电子有限公司研发生产的,其无线遥控器型号ZY6-4,有四个按钮输入。学习型控制器型号ZAB-4PC,带有四路继电器输出。

(3)Z轴升降电机

Z轴升降电机是由南京华凯微电机公司生产的普通交流单相电机,其型号90YYC-29A, 供电电源单相220VAC,启动电容3u F,额定电流0.45A。

(4)探高电磁阀

选择台湾亚德客公司生产的五方口两位电 磁阀,其型号4V110-06,电源24VDC,功耗2.5W,电压范围21.6—26.4VDC,线圈电流100m A。

(5)接近开关

探高装置需要三个接近开关,Z轴方向需要两个限位保护接近开关,选择由韩国奥托尼克斯公司生产的电感式三线接近开关,型号PR08-1.5DN, 感应距离1.5mm, 供电电源10-30VDC,最大工作电流10m A,最大控制输出电流200 m A, 响应频率1.5k Hz。

(6)中间继电器

中间继电器选择日本和泉公司研发的,型号RJ2S-CL-DC24,2个常开2个常闭触点,线圈电压24VDC, 功率0.9W触点额定电流5A,最大切换电压250V。

(7)三色灯

选择台湾天得公司生产的积层式警示灯,型号TPWL6,电源24VAC/DC。

3.2 线路原理图设计

(1)功能要求

控制Z轴电机升降,具有互锁和极限安全保护功能 ;控制探高环弹出和缩回(即控制探高电磁阀通电或断电);探高完成有绿色灯指示,探高异常有红灯指示。

(2)线路原理图

结合维宏两轴龙门数控切割机床,把遥控独立探高装置的电气部分与其完整对接在一起,具体线路原理图(略)。

4 程序设计

4.1 探高程序结构

探高控制程序设计采用PLC的梯形图方法设计,主要功能模块有初始化模块、手动控制模块、自动探高模块和探高报警模块。如图4所示

5 结束语

该遥控独立探高装置可以辅助水切割设备进行自动调整刀头距离板材最佳的切割高度,也可以由操作人员手动调整切割的高度。该遥控探高的电气控制部分可以与数控系统共用一个控制柜,使用控制柜里面的电源,接线端子等。

水切割机 篇4

大地水刀是国内目前规模最大的专业从事“超高压水射流技术”应用产品研究、开发和生产的企业, 被誉为“中国第一刀”。2009年大地水刀承担了省科技成果转化专项资金“柔性超高压水切割系统研发及产业化”项目。该项目将研制数控水切割机、水切割加工中心、机器人空间曲线水切割系统等系列产品;主要在600MPa超高压水切割系统、800MPa超高压试验测试系统、高效喷嘴高性能空间水切割系统、水切割机器人系统与应用软件、水切割机器人国产化等方面寻求突破。

五轴超高压水切割机是项目的阶段性产品, 是在三轴水切割机的基础上通过增加切割头的回转轴 (C轴) 和偏摆轴 (B轴) , 调整切割头在切割过程中的姿态, 解决切割厚板时切割面产生斜度的难题, 提高了切割效率和切割精度, 偏摆角达±45°。产品拓展了水切割机的应用领域, 不仅可用于矫正切割斜度、为切断面有一定斜度的工件加工, 还具有加工圆锥体、圆锥齿轮及匀速旋转曲面的功能。其中, “以切入点为偏摆中心的偏刀机构”将复杂的五轴联动控制转化为四轴联动控制, 降低了软硬件成本, 有效提高了产品的竞争力。

超高压水射流切割系统 篇5

南京大地水刀股份有限公司成立于1996年, 是中国最早、目前规模最大的专业从事“超高压水射流技术”在切割和清洗应用领域的产品研究、开发和生产的省级高新技术企业, 目前拥有该领域的国家专利40余项。

在制药机械设备制造业, 超高压水切割机用于面板、支架构件及其他部件的切割和成形加工。该类机械设备制造过程中呈现出所需材料多样、产品外观及精度要求较高、非标件多等特点, 传统切割方式在材料材质以及加工方式上多存在一定的弊端, 如小批量加工不经济、切割精度差等, 而超高压水切割技术克服了以上不足, 水切割材料材质不受限制, 可切割各种平面异型图案, 产品精度要求不是很高的工件, 水切割可以一次成型加工, 精度要求高的工件, 水切割加工后易于二次加工。

水切割机 篇6

南京大地水刀股份有限公司凝聚多年的研发、生产, 拥有与超高压数控水切割机、超高压水清洗相关的40余项专利的技术优势, 基于约3 000家用户的经验与技术沉淀, 成功参与主编了中国首部《超高压水切割机》行业标准和国家标准。

南京大地水刀股份有限公司是目前中国居于领先地位、具有全球影响的一家专业从事超高压水射流技术应用产品研发、生产、销售及技术服务的高新技术企业。我公司的主打产品“超高压数控万能水切割机”, 又称“水刀”, 是世界上最新的冷切割新工艺和先进制造装备。它兼有机电一体化、超高压及水射流技术与CNC自动化、自动检测与补偿、计算机辅助设计和制造、机器人应用等诸多领域的高新技术, 是具有世界先进水平的高科技产品。“水刀”以其“无所不能”的特质又称“神奇水刀”。其独特的冷切割工艺和精细加工的优良品质随着新型制造业的需求和新材料应用领域的飞速拓展, 已为愈来愈多的行业所采用。

我公司产品不仅在国内销售领先, 且远销美国、加拿大、中东、东南亚等30多个国家和地区, 产品可应用于航空航天、电力及新能源、石化、高铁、汽车、医疗、纺织、食品、化工、印刷、包装、工程机械、船舶修造、电子、交通、建筑、装潢装饰等广阔领域。

水切割机 篇7

1 水射流技术和高压水射流技术

中国古代就有“天下莫柔于水, 驰骋天下之至坚“的名句及“水滴石穿“的成语, 这些都包含有以柔克刚的观念。水射流切割技术和高压水射流切割技术就是这一观念的延伸和实践。

水射流切割技术, 顾名思义就是利用水来切割某些物质的技术。这一技术的实现, 通常情况下要靠一些装置或设备来完成, 主要设备有发动机、增压器或者水泵、喷嘴、开关等。通过这几个装置之间动能的相互转化, 最终使水具有强大冲击力, 之后便可对特定物质进行切割。

高压水射流切割技术, 就是利用高压发生装置及恒压系统, 来进行水射流切割, 这种技术一般要增压器的增压能力要相当强大, 设备功率相对也就大, 同时为提高切割质量, 在高压水中添加了固体磨料, 达到了提高切割速度和质量的目的。

2 高压水射流切割技术的发展概况

采矿业是高压水射流切割技术的源头。在19世纪中叶, 高压水射流技术第一次被北美人用来开采质地较为疏松的矿床。而中国应用高压水射流切割技术来开采矿石, 要追溯到20世纪50年代, 当时前苏联和中国的专家们利用水射流的冲击和输送作用, 进行矿石的开发, 这些技术都大大提高了采矿业的工作效率。然而, 这一时期的水射流技术仍旧属于低压水射流。

20世纪60-70年代, 人们渐渐开始利用增压装置, 如增压器、高压泵、高压管件等, 来完成水射流技术由低压向高压的过渡。当然这一时期的水射流技术还是普遍在采矿业中使用。

到了70-80年代, 高压水射流技术才逐渐向清洗、切割等行业发展。随着人们研究的逐渐深入和科技的不断发展, 20世纪80-90年代, 水射流技术已经发展成为一种产品, 并且有各种方式, 主要包括磨料射流、自激振动射流、空化射流等。水射流技术成为一种可以面向市场直接销售的商品。

3 高压水射流切割技术的工作原理

高压水射流切割技术很大程度上是靠各种物理动能的相互作用和相互转化来完成。所以就应该有相应的设备, 这些设备主要有:发动机、转能设备、开关、喷嘴等。

那么这些设备是如何运作实现切割的呢?这就要说道高压水射流切割技术的工作原理:

首先, 要有一个发动机, 这个发动机可以是电机、内燃机, 或者是油料机, 通过一些高压泵或增压器等转能设备 (注:当压力小于70MP时, 用多级离心泵或者柱塞泵都是可以的;当压力大于70MP时, 就要用增压器或者动压式水炮。) , 将发动机的机械能转变成为压力能。

第二, 利用带有开关的喷嘴, 喷射出高速射流, 将压力能转化为动能。

最后, 材料被高压水射流冲击切割后, 动能直接转变为作用于被切割的材料表面的压力能。

实际上, 高压水射流切割技术就是利用水的射流 (0.80~1.50mm) , 通过压力发生装置, 使得水聚集, 通常情况下, 喷射速度可以达到600~800m/s, 已经大于2马赫。通过这些数据, 我们能够想象到当水经过加工后, 喷射出来时的冲击力完全可以对任何材料完成切割。

4 高压水射流切割技术的应用

4.1 高压水射流技术在机械制造业方面的应用。

随着高压水射流切割系统的不断更新发展, 经过增压装置加工后, 从喷嘴处射出的水速度相当快, 甚至可以达到音速的3倍。这种高速的冲击力完全可以切割各种各样的材料, 比如大理石、陶瓷、还有一些质地较好的金属等硬质材料;泡沫、塑料、橡胶等软质材料, 还有玻璃等脆质材料。经过高压水射流切割后, 切口处的材料结构组织性能不会改变。同时, 由于高压水射流是一种具备“冷、软“等加工性能的技术, 所以在切割的过程中, 没有传统切割机的热能高, 故而被切割的材料也不会发生热变形。在机械制造业中, 经常需要切割各种不同质地的材料, 并且因为行业本身对于切割标准的高要求, 高压水射流切割技术在机械制造业被广泛使用。

4.2 高压水射流切割技术在医学领域的应用。

当前在医学领域, 高压水射流技术应用还不太普遍, 但已经有了一定成果。在这些成果中, 最突出的应该是临床医学中的水射流手术刀和水射流无针注射器。这两项技术, 能够提高医院的工作效率。比如在注射预防针类的药水时, 水射流注射器在一个小时内, 就可以完成500多人的注射工作。并且不需要更换针头, 大大节省了患者和医生的时间。同时, 这种注射器与注射者不会有任何接触, 所以更加安全卫生, 降低了疾病传染的可能性。

4.3 高压水射流切割技术在军事和消防领域的应用。

军事和消防是两个危险性高、精确度要求也高的行业。高压水射流切割技术是一种独特的冷切割技术, 它通常被用来切割高温、易燃易爆、地雷、核武等不需要产生火花的地方。通过高压水射流的切割, 爆炸物的危险性会被解除的同时, 也能够降低操作人员的伤亡概率。

4.4 高压水射流切割技术在石油化工工业领域的运用。

石油化工工业危险系数也极高, 操作不当或者设备质量和技术不高的情况下, 往往会产生爆炸或者泄露, 严重威胁人的生命。在开采石油的过程中, 经常会遇到不同质地的岩石或海底礁石, 运用高压水射流切割技术, 可以进行高难度石油开采, 并且安全有效。化工工业就更需要高压水射流切割技术了, 各种化学物质在这里交织, 管道错综复杂, 而水几乎可以溶解各种化学物质, 所以利用高压水射流切割技术会更安全。

4.5 高压水射流切割技术在航空航天方面的应用。

航空航天业要求精准、无误差, 所以在选择切割技术时, 这是这个行业首先考虑的问题。航天材料经过高压水射流切割技术不会结构组织不会变。更不会发生热变化。我国航天航空部门, 曾经多次从技术先进的美国引进高质量的高压水射流切割系统, 主要用于切割航天玻璃、碳纤维、钛合金以及各种复合和特种材料。切割后, 可以保证质量, 同时也很经济。

结语

高压水射流切割技术在我国还是一项新的技术, 由于相关切割核心理论问题及耐超高压部件制造还未完全解决, 所以中国很多行业所用的高压水射流切割系统多是从外国引进的。所以相对于技术已经相对成熟的美国、日本等发达国家, 我们在高压水射流切割技术的发展和创新上, 还有很长的路要走。

摘要：本文主要介绍了高压水射流切割技术的发展概况、工作原理和在一些行业的应用, 同时期待中国的高压水射流切割技术能够进一步发展, 最终能够实现自主研发。

关键词：高压水射流切割技术,发展概况,工作原理,在行业的应用

参考文献

[1]杨志, 陈世明, 张毅君, 李满.高压水射流技术的发展及应用[J].机械管理开发, 2009, 24 (5) , 87-89.

[2]刘忠伟.高压水射流技术综述[J].湖南冶金职业技术学院学报, 2005, 5 (3) , 330-333.

应用超高压水射流切割木材的研究 篇8

超高压水射流切割是利用具有很高动能的高速射流进行的(有时又称为高速水射流加工)与激光、离子束、电子束一样是属于高能束加工范畴。高压水射流切割作为一项高新技术在某种意义上讲是切割领域的一次革命,有着十分广阔的应用前景,随着技术的成熟及某些局限的克服,对木材切割加工工艺是一种完美补充。水切割工艺区别于其它切割方法的主要特点在于其为冷态点切割,由此带来一系列的性能优势。如精确度高,能精确切割任何复杂平面图形,切口光滑,一般无须再处理;无热效应和机械效应变形,避免了材料因受热而发生的物理化学变化;最小的浪费,切缝≤1mm,减少了材料浪费;良好的环保,因为所用工质为水和天然矿砂切割,所以加工过程中不会产生任何污染,以上这些优点对于应用到木材加工工艺中来将会带来加工方式的变革,从而适应木材不同加工多样化的需要。

超高压水射流切割机包括4个基本组成部分(如图1):压力发生装置提供切割动能,如:高强度的加压泵、蓄能器;水供给装置,如过滤器、输送管线;切割装置,如:控制阀门、喷嘴等;回收装置等。有的系统还具备精确控制装置;磨料供给装置等[1]。

高速射流本身具有较高的刚性,在与靶物碰撞时,产生极高的冲击动压(P=ρVC)和涡流的形成,从微观上看相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区(有时可能为负值),因而高压水射流表面上虽为圆柱模型,而内部实际上存在刚性高和刚性低的部分,刚性高的部分产生的冲击动压使传播时间也减少,增大了冲击强度,宏观上看起快速楔劈作用,而低刚度部分相对于高刚度部分形成了柔性空间,起吸屑、排屑作用,这两者的结合正好像使得其切割材料时犹如一把轴向“锯刀”加工。高速水射流破坏材料的过程是一个动态断裂过程,对脆性材料(如岩石)等主要是以裂纹破坏及扩散为主;而对塑性材料符合最大的拉应力瞬时断裂准则,即一旦材料中某点的法向拉应力达到或超过某一临界值σ时,该点即发生断裂。根据弹塑性力学,动态断裂强度与静态断裂强度相比要高出一个数量级左右,主要是因为动态应力作用时间短,材料中裂纹来不及发展,因而这个动态断裂不仅与应力有关,还与拉伸应力的作用时间相关[2]。采用高压水射流木制工艺品如图2所示。

2 试验及分析

2.1 原料与方法

2.1.1 试验原料

硬阔叶材印茄木(拉丁名:Intsia spp.,绝干密度:0.86 g/cm2,产地:印尼)

2.1.2 试验仪器

TR110袖珍式粗糙度仪、南京理工大学制造的SQ-WJG40型高压水射流切割机、烘箱等。

2.1.3 试验方法

对实木进行切割,由于木材切割质量与水射流切割的压力、切割速度和切割木材的厚度关系密切,本试验采用不同的切割参数切割不同厚度印茄木,通过多次试验测定其表面粗糙度,研究切割压力、切割速度、切割厚度等因素对木材切割质量的影响。

研究方法是先设计L9(33)正交试验,然后用TR110袖珍式粗糙度仪来测量每一次切割平面的粗糙度,通过测量其表面粗糙度来表示切割质量的好坏,利用正交方差分析的方法研究切割压力、切割速度和切割厚度参数对切割质量的影响程度,最后得出较合理的切割参数。

2.2 实验结果及试验分析

2.2.1 试验分析

从图3可见,切割速度对切割表面质量的影响较大。随着染液速度的升高,切割表面粗糙度明显增加,水射流束具有相当大的能量,远超过木材的抵抗能力。木材抗压强度约为50 N/mm,因此水射流束能击破作用点材料深人工件,同时切割速度过快时,水射流束切入工件材料后在一定程度上展开成扇形,水射流束来不及充分切割表面,而形成扇形的“沟痕”,严重影响切割表面的粗糙度。当切割压力在200 MPa,加工厚度在15~25 mm,切割速度为100~150 mm/min时,加工表面质量较好。

从图4可见,切割压力大小影响切割表面的质量,切割压力增大,切割表面的粗糙度减低,切割质量提高。由于木材与水的亲合性,水射流束裁切存在一定问题,木材是一种轻质材料,但木材单位重量的强度却比较大,能耐较大的变形而不折断。这是因为木材是由细胞构成的,木材细胞基本上都是死细胞,它由细胞壁和细胞腔组成。细胞腔与细胞壁上的纹孔腔等构成木材中的大毛细管系统;而细胞壁内纤丝间的间隙形成微毛细管系统。可见,木材无论是宏观、微观还是超微结构上均显示出多孔性,它是一种“蜂窝状”结构,有较好的塑性,能够吸收能量的特性,在高压水射流割切时会吸收一部分能量;另一方面高压水射流切割介质水也是柔性介质。因此,压力过小,无法切透木材,压力过大,浪费能量且切割质量不高,一般选用200~250 MPa较适。

从图5中可见,切割厚度也影响切割表面的质量,特别是当厚度在25 mm以上时,切割厚度对切割表面的粗糙度影响明显。当工件厚度不大时,水射流束很容易穿透工件,切割表面质量较好。但切割较厚时,由于木材与水的亲合性以及水射流切割的特性,水射流束会通过木材中的孔道射出,从而影响切割表面的质量,因此木材加工中水射流束裁切仅应用于作用厚度不超过30 mm的场合。与此不同,水射流束裁切金属、石料、陶瓷和塑料等材料时不存在上述问题[3]。

2.2.2 切割参数对切割表面的粗糙度影响的方差分析

方差分析的结果表明在木材树种、密度和含水率不变的条件下研究考察的3个切割参数中,切割速度对切割质量的影响是显著的;其次,切割压力、切割厚度对切割质量的影响较小,是不显著影响因素。

F0.05(2,2)=19;F0.05(2,4)=6.94;F0.1(2,4)=4.32

3 结论

1)水射流切割速度对木材切割表面质量影响显著,切割压力和切割厚度对切割表面质量的影响较小,切割速度一般在100~150 mm。

2)水射流切割压力影响切割表面的粗糙度大小,但切割压力在220~260 MPa范围变化时,对切割表面的质量提高不明显。

3)水射流切割厚度较大时对切割表面的质量影响较大,切割厚度取25 mm以下较合适。

参考文献

[1]张运棋.高压水射流切割原理及其应用[J].武汉工业大学学报,1994,16(4):13-18.

[2]董庆华.超高压水射流切割技术及其应用[J].焊接技术,2001,30(6):34-35.