Wysokociśnieniowe maszyny do cięcia wodą: Przegląd

I. Przegląd

1. Zasada cięcia wodą pod wysokim ciśnieniem

Zasada cięcia wodą pod wysokim ciśnieniem polega na sprężeniu wody do bardzo wysokiego ciśnienia 100 ~ 400 MPa, a następnie natryskiwaniu jej na obrabiany przedmiot, który ma być cięty przez otwór dławiący (Φ0,15 ~ Φ0,4 mm) z prędkością 2 ~ 3 razy większą niż prędkość dźwięku, przekształcając energię potencjalną wody w energię kinetyczną strumienia wody, z prędkością przepływu do 900 m / s lub większą. Wykorzystując uderzenie szybkiego, gęstego strumienia wody o wysokiej energii, jak ostre ostrze, wykonuje cięcie.

Zakres materiałów, które można ciąć za pomocą technologii cięcia wodą pod wysokim ciśnieniem jest bardzo szeroki i umożliwia cięcie wielu materiałów, których nie można ciąć konwencjonalnymi metodami lub których cięcie jest trudne, takich jak różne metale i ich stopy (stal nierdzewna, tytan, aluminium, miedź itp.), materiały ceramiczne, szkło, kamień, drewno, drewno iglaste, tworzywa sztuczne, guma, wielowarstwowe materiały kompozytowe, materiały o strukturze plastra miodu, beton itp.

2. Klasyfikacja wysokociśnieniowego cięcia wodą

(1) Typ czystej wody.

Stosowany głównie do cięcia materiałów niemetalicznych, z prostym wyposażeniem i niskim kosztem, ale także niższą wydajnością cięcia.

(2) Typ ścierniwa wysokociśnieniowego.

Cząstki ścierne są dodawane do strumienia wody i po wymieszaniu tworzą ścierny strumień wody. Strumień wody służy jako nośnik przyspieszający cząstki ścierne. Ze względu na dużą masę i wysoką twardość materiału ściernego, energia kinetyczna strumienia wody ściernej jest znacznie zwiększona, co czyni go główną metodą cięcia. metale.

Woda pod wysokim ciśnieniem i materiały ścierne są dostarczane do pistoletu tnącego rurami, mieszane w komorze mieszania pistoletu tnącego, a następnie rozpylane z dyszy, przy ciśnieniu wody zwykle między 100 ~ 400 MPa.

(3) Typ ścierniwa niskociśnieniowego.

Woda i ścierniwo są wstępnie mieszane w ciśnieniowym zbiorniku magazynowym, a następnie zmieszana zawiesina ścierniwa jest wysyłana do dyszy pistoletu tnącego w celu rozpylenia, przy stosunkowo niskim ciśnieniu wody, zwykle między 20 ~ 100 MPa.

3. Charakterystyka cięcia wodą pod wysokim ciśnieniem

(1) Wzrost temperatury w obszarze cięcia jest bardzo mały, temperatura cięcia wynosi poniżej 100°C, nie ma deformacji termicznej ani strefy wpływu ciepła na obrabiany przedmiot, dzięki czemu materiał i właściwości ciętego materiału nie ulegają zmianie.

(2) Wysoka jakość cięcia, bez zadziorów, zwisającego żużlu, powierzchnia cięcia jest pionowa, płaska i ma wysoki stopień gładkości.

(3) Szerokość cięcia jest stosunkowo niewielka. Podczas cięcia czystą wodą średnica strumienia wody wynosi od 0,1 do 0,5 mm; otwór dyszy dla typu ściernego wynosi około 1,2 do 2,5 mm.

(4) Cięcie można rozpocząć lub zatrzymać w dowolnym punkcie przedmiotu obrabianego.

(5) Nie wytwarza gazów ani pyłów szkodliwych dla zdrowia ludzkiego.

(6) Może być używana w miejscach, w których otwarty ogień jest surowo zabroniony.

Głównym problemem jest zbyt głośny hałas, osiągający 98~106dB, ze szczytową częstotliwością hałasu na poziomie 2~3kHz, co jest dość uciążliwe, dlatego operatorzy powinni nosić zatyczki do uszu.

II. Skład wysokociśnieniowego urządzenia do cięcia strumieniem wody

Przecinarka wysokociśnieniowa składa się z generatora wody pod wysokim ciśnieniem, pistoletu tnącego i dyszy, urządzenia napędowego, urządzenia do uzdatniania wody i zbiornika na wodę, jak pokazano na rysunku 1.

1 - Zbiornik na materiał ścierny
2 - Materiał ścierny lub zawiesina
3 - Wlot materiału ściernego
4 - Obrabiany przedmiot
5 - Zbiornik zasilający szlamu ściernego
6 - Zbiornik wody
7 - Dysza ścierna
8 - Dysza wodna
9 - Pistolet tnący
10 - Woda pod wysokim ciśnieniem
11 - Pompa ultra wysokiego ciśnienia
12 - Wlot wody

1. Urządzenie generujące wodę pod wysokim ciśnieniem

Ogólnie rzecz biorąc, wzmacniacz jest używany do zwiększenia wysokiego ciśnienia wody dostarczanej przez pompę z 20 ~ 32 MPa do bardzo wysokiego ciśnienia 100 ~ 400 MPa.

2. Pistolet tnący i dysza

Schemat strukturalny pistoletu tnącego i elementów dyszy pokazano na rysunku 2. Dysze typu czystej wody są w większości wykonane z diamentu lub szafiru, o prostej strukturze, a otwór dyszy jest prosty cylindryczny, o średnicy 0,1 ~ 0,5 mm.

a) Typ czystej wody
b) Wysokie ciśnienie z materiałem ściernym
c) Niskie ciśnienie z materiałem ściernym
1-Woda pod wysokim ciśnieniem
2-Uszczelka
3 - Dysza wodna
4-ścierny
5-Komora mieszania
Dysza 6-ścierna
7-Woda pod wysokim ciśnieniem zmieszana z materiałem ściernym
8 Cały korpus pistoletu tnącego
9 Dysza

Struktura typu ściernego (wysokociśnieniowego) jest stosunkowo złożona, gdzie materiał i otwór dyszy wodnej są takie same jak w przypadku typu czystej wody, podczas gdy dysza ścierna jest zwykle wykonana z twardych stopów, takich jak węglik wolframu. Kanał dyszy składa się z dwóch sekcji, górna część to stożek z powoli zmieniającym się stożkiem, a dolna część to bardzo długi prosty cylinder z otworem 1 ~ 2 mm. Dysza stosowana w postaci niskociśnieniowego wstępnie zmieszanego ścierniwa (patrz rysunek 2c) jest również wykonana z węglika wolframu, ale część stożkowa jest krótsza.

3. Urządzenie napędowe

Zazwyczaj wykorzystuje stół roboczy poruszający się wzdłuż osi X i pistolet tnący poruszający się wzdłuż osi Y. Maksymalna prędkość jazdy wynosi około 50 m/min. Dokładność pozycjonowania może osiągnąć ±0,1 mm, a dokładność powtarzalności wynosi ±0,03 mm. Podczas procesu cięcia, w celu utrzymania względnie stabilnej odległości między dyszą a obrabianym przedmiotem, podczas cięcia metalu zazwyczaj stosuje się pojemnościowe urządzenie do automatycznej regulacji wysokości.

4. Urządzenie do uzdatniania wody

Obejmuje filtrację i uzdatnianie chemiczne. Po odfiltrowaniu zawieszonych w wodzie cząstek większych niż 0,45 μm, do uzdatniania chemicznego stosuje się wymianę jonową lub odwróconą osmozę w celu usunięcia innych niepożądanych związków z wody.

5. Zbiornik na wodę

Służy do odzyskiwania wyrzucanej wody i materiałów ściernych. Ponieważ wyrzucany strumień wody i materiały ścierne nadal mają resztkową energię kinetyczną i hałas, metalowe kulki są zwykle umieszczane w zbiorniku wody w celu buforowania.

6. Twardość kilku materiałów ściernych

(patrz tabela 1)

Tabela 1 Twardość różnych materiałów ściernych

III. Parametry procesu cięcia wodą pod wysokim ciśnieniem

Tabela 2 Parametry procesu ściernego wysokociśnieniowego cięcia wodą materiałów metalowych

Uwaga: Wartość otworu dyszy to średnica dyszy typu czysta woda / średnica dyszy typu ścierniwo.