高压水射流法（精选7篇）
高压水射流法 篇1
1 试验目的
机场飞行区道面因规则调整及场道运行安全需要, 经常要进行标志线清除工作。选择除线方法的原则除考虑除线效率及效果外, 还应关注其对道面的负面影响。目前, 机场所采用的抛丸机除线法可以达到令人满意的效果, 而作为市政路面标线清除的方法之一的高压水射流法, 还未在机场飞行区采用过, 其是否同样具有与抛丸机除线法相类似的去除能力, 还需通过现场试验进行验证。
2 试验说明
高压水射流除线的工作原理为:旋转喷头所射出的高速水射流对路面标线进行持续冲击和切削, 造成标线漆结构与道面的粘结作用出现破坏、脱落。
为便于进行横向比较, 我们进行了抛丸机除线试验。抛丸清除法的工作原理是采用机械设备把丸料 (钢丸或砂粒) 以很高的速度和一定的角度抛射到工作表面上, 让丸料冲击工作表面, 达到清理路面标线的目的。图1为两类除线机具。
3 试验过程
在进行除线试验前1周, 我们在道面喷涂了四组8 m×0.15 m的双组分标线漆, 漆膜厚约0.6 mm。由于高压水射流法存在损伤水泥道面的风险, 因此在进行除线过程中, 选用的水压力根据现场除线情况进行调节, 最大压力控制为68 MPa。
图2为两种除线过程。
4 试验结果与分析
4.1 标线漆的去除效果
试验发现, 高压水射流除线存在如下特点:
1) 在控制水压力为62 MPa下, 高压水车的单次除线效果不佳, 漆脱落不均匀;若进行多次重复除线, 标线漆的去除效果有所改善, 如图3所示。
本试验针对同一根标线漆上共进行了三次重复试验。
需注意的是, 即使经过了多次反复除线, 但现场道面标线漆仍有残余, 局部痕迹较为明显。高压水射流除线不彻底或许与车辆行驶速度及旋转水头的配水不匀有关。
2) 压力较小时, 单次除线效果差, 压力调大后, 单次除线效果相对较好, 但仍未实现标线漆的彻底清除 (如图4所示) , 并且现场水泥道面甚至出现了少量骨料脱落情况。
在进行水射流法除线之前, 我们首先使用抛丸机对完全相同的一条标线漆进行了两次除线作业, 除线效果如图5所示。
通过对比可以明显看到, 抛丸机的除线效果好。虽然单次除线, 道面上还残留有少量标线漆, 但经过二次清除, 标线漆彻底消失。此外, 整个抛丸机除线时间较短, 整个过程仅用时5 min, 而采用水射流法多次除线, 用时约为15 min, 这有力证明无论从除线效果还是除线效率上, 抛丸机除线更胜一筹。
4.2 除线后的环境
图6为高压水射流法及抛丸机法除线后的道面环境。因高压水射流车除线所产生的大量废水, 会较长时间的残留在道面, 其不仅有渗入道面的危险, 而且还会对诸如新标志线施划等产生干扰。而抛丸机除线完成后, 会采用专门粉末回收除尘系统收集钢砂, 可以做到少尘、少污染施工。因此从满足道面使用环境上说, 高压水射流法远远不及抛丸机法。
5 结论与建议
1) 由于高压水射流法的除线效果及效率不如抛丸机, 因此不建议将高压水射流法当作主要的除线手段。在诸如抛丸机无法正常工作并且急需除线的情况下, 可以选用高压水射流法, 但在作业前, 需进行流量和压力调试, 以免损伤道面。
2) 高压水射流法需进行多次重复除线, 并且用时较长。
3) 高压水射流法所产生的大量废水须妥善排放, 否则存在进入道面结构内部破坏路面材料的风险。
参考文献
[1]WM—CA—2000—8, 民用机场场地维护手册[Z].
[2]CCAR—140, 民用机场运行安全管理规定[S].
[3]MH 5001—2012, 民用机场飞行区技术标准[S].
高压水射流法 篇2
1试验方法
1. 1试验过程
为保证试验结果真实、有效, 该试验采用与跑道嵌缝料更新完全相同的施工工艺[2], 即扩缝- 清缝- 压入塑料泡沫条- 注胶、整平, 具体工艺: 扩缝、 清缝、压入塑料泡沫条、注胶、整片扩缝。试验选在服务商用房周边水泥道面上进行, 所选用的嵌缝材料分别为硅酮和聚硫类密封胶。模块采用GM380 - C型机场跑道除胶车模拟道面除胶。水射流压力[3]与日常跑道除胶压力相当, 均为68 MPa, 除胶车每分钟的水流量约为120 L, 行车速度为6 m/min。
2试验结果与分析
第一次破坏试验选在嵌缝料灌填后的第14天进行, 此时两种材料均呈现密封密实, 弹性足的特点, 在嵌缝料灌填完成后的第21天进行了第二次破坏试验. 两种材料经第一次高压水射流冲击后, 均未出现严重破损情况。现场可以看到, 残存在缝槽中的水长时间滞留在聚硫密封胶表面, 并未出现下渗情况, 这说明聚硫密封胶与缝槽粘结较好。同样, 硅酮密封胶的整体稳定性较好[2], 但局部区域出现了轻微粘结脱落现象, 此情况在道面缝槽破损处较为明显。这可以解释为硅酮密封胶与道面缝槽破损处的粘结能力相对其他完好的缝槽最为薄弱, 极高的水压力极容易打破此柔性材料与刚性水泥道面的粘结平衡。
经过第一次高压水射流破坏试验, 还不能完全反映出两种材料与道面的粘结性能好坏, 还需继续开展破坏试验。
第二次破坏试验: 两种材料经此次破坏试验后, 表现出了较为明显的差异, 如图1所示。
近距离观察聚硫密封胶, 效果仍然较好, 而硅酮密封胶则出现了严重脱落情况, 局部区域甚至露出塑料泡沫条, 这与01 /19跑道着陆区表现出完成相同的现象。这说明, 硅酮密封胶抵抗高压水射流的冲击能力较弱。
需要说明的是, 道面用硅酮密封胶所具有低模量、高弹性特征, 主要是应对道面板块热胀冷缩变化对接缝的冷拉热压以及荷载造成的路面板块不同方向的位移。但是对于类似高频次的高压水冲破坏, 硅酮密封胶的作用就显得无能为力。
3结论与建议
( 1) 高压水射流法除胶会严重影响到硅酮密封胶的粘结性能, 因此对于01 /19跑道着陆区道面不建议采用此种材料。
( 2) 与硅酮密封胶相比, 聚硫密封胶耐冲击能力强, 但是否可以用于01 /19跑道着陆区道面, 还需谨慎对待。建议通过跑道现场试验继续进行观察、 研究。
( 3) 场道模块继续开拓思路, 持续推进预压制嵌缝条或其他抗冲击能力强的嵌缝材料的研究。
参考文献
[1]谈至明, 孙明伟, 李立寒.水泥混凝土路面接缝嵌缝料的性能[J].交通运输工程学报, 2006, 6 (3) :27-31.
[2]仵娜.机场水泥混凝土道面嵌缝料施工[J], 城市建设理论研究, 2013, (19) .
超高压水射流切割系统 篇3
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。
超高压水射流切割系统 篇4
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。
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高压水射流法 篇5
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.
高压水射流法 篇6
1 射流冲击压力的实验测试
1.1 实验测试方法及装置
实验装置主要包括:高压水泵、高压胶管、射流喷嘴、试验台架、数据采集与分析系统。图1是测试射流冲击压力分布实验装置的示意图。
1) 高压水泵:
YLC500型泵, 最大压力50 MPa, 最大排量553 L/min, 实验泵压10 MPa。
2) 高压胶管:
抗压强度50 MPa。
3) 射流喷嘴及喷距:
喷嘴直径为4 mm, 喷距124 mm。
4) 试验台架:
试验台架主要由1台旧铣床改造而成, 同时配有1个淹没射流水箱。铣床能实现纵向、横向以及上下3个方向的自由移动, 在该铣床的平台上加装了1套喷嘴固定和喷嘴入口压力测试与显示系统, 通过铣床的横向与纵向运动来调节射流中心与测压盘中心的重合度, 通过上下运动则可以调节射流的喷距, 而水箱则可以实现淹没射流的条件, 而且测压底盘也固定在水箱内。在水箱的1个侧面开有8个圆孔, 压力传感器就固定在这些圆孔上, 通过外径2 mm的无缝不锈钢管连通测压盘的测压小孔和传感器的测压孔。实验台架上下升降高度可以达到0.5 m, 左右移动距离可以达到0.5 m, 纵向移动距离可以达到0.4 m, 3个运动方向移动距离的误差为±0.1 mm。
1—计算机;2—NI6062E型数据采集盒;3—传感器与测压盘;4—实验水箱;5—喷嘴;6—高压管线;7—压力表;8—试验架;9—z方向位移标尺;10—排水口;11—高压泵;12—低压管线。
5) 数据采集与分析系统:
主要包括有7个测压孔的测压盘 (在径向上同时测量7个点的冲击压力值) 、NI6062E型数据采集卡、传感器, 以及装有Labview软件的笔记本电脑1台。
1.2 实验前测试系统调试
在实验之前, 重点需要先检查高压射流系统各连接部件的密封性。把高压水射流发生系统除射流喷嘴外的各部件连接好之后, 用特制堵帽封住射流测试出口处, 缓慢加压, 观察是否有漏水、跑水现象, 然后再继续升压至25 MPa, 待压力稳定后继续观察, 发现无漏水、跑水现象后, 再安装射流喷嘴进行射流冲击压力分布规律的测试。
1.3 实验数据分析
图2是射流横截面上射流冲击压力与径向距离的关系。由图2可见, 随着径向距离的增加, 离射流轴心越远, 射流冲击压力不断降低。说明由射流中心向其边缘, 射流颗粒所具有的能量越来越小, 在冲击半径为15 mm处, 射流冲击压力降低到约为1.5 MPa, 表明射流沿程呈现出卷吸周围流体的趋势, 射流呈现出发散性。
图3是射流中心轴上, 射流冲击压力与轴向距离之间的关系。由图3可见, 随着轴向距离的增加, 射流冲击压力不断降低。在射流喷嘴的出口附近, 射流冲击力变化非常小, 说明在距喷嘴出口很近的1个范围内, 射流中心轴上的冲击压力受周围液体的影响较小, 即在普通直射流出口附近存在1个等速核, 这一点与理论分析非常相似, 等速核区长度约为喷嘴直径的9倍。越过等速核区, 射流冲击压力衰减迅速。
2 射流冲击压力分布的数值模拟
2.1 柱坐标下流场控制方程
数学模型采用标准的k—ε模型, k为单位质量流体的紊动动能, ε为湍能耗散率[1]。
紊流动能k方程模化后的形式为
undefined
紊流动能耗散率ε方程模化后的形式为
undefined
undefined
式中:Φ代表变量u, v, ω, K, ε;SΦ是Φ方程的源项。
进口边界条件:u=135 m/s, v=0, ω=0;出口条件:undefined;固壁边界条件:u=0, v=0, ω=0。
2.2 模拟结果分析
在射流喷距为30 D (D为喷嘴直径) 的情况下, 射流纵断面冲击压力分布规律如图4所示。模拟表明:在射流冲击中心, 冲击压力达到最大, 随着径向距离的增加, 射流冲击压力逐渐降低, 且降低规律有明显的层次感, 发散性是射流的固有特性之一。模拟结果与实验测试较为吻合。
图5为不同喷嘴直径轴心无因次速度分布图, 图中:x为射流喷距, D为喷嘴直径, v为射流轴心速度, v0为射流出口初速度。由图5分析得知, 不同喷嘴直径下, 射流均存在一定范围的等速核区, 在喷嘴
直径4 mm时, 等速核区长度约为喷嘴直径的8倍, 与实验测试结果非常接近。
3 结论
1) 淹没条件下, 射流冲击压力随着径向距离的增加而减小, 射流呈现出卷吸周围流体的特性, 周围流体对射流的径向冲击压力分布存在明显影响, 发散性是淹没射流固有特性之一。
2) 随着轴向距离的增加, 射流冲击压力在一定范围内几乎没有变化, 周围流体对射流冲击压力在轴心的分布没有影响, 在普通直射流出口附近存在1个等速核区, 超过等速核区, 射流冲击压力明显降低。
参考文献
[1]周光垌, 严宗毅, 许世雄, 等.流体力学[M].北京:高等教育出版社, 2000.
应用超高压水射流切割木材的研究 篇7
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.