數(shù)控超高壓水射流切割機床的發(fā)生器系統(tǒng)技術(shù)

1、-32- 數(shù)控高壓水射流切割機床起源于加拿大,盡管這 一技術(shù)起步較晚,但是蘊藏著廣闊的發(fā)展前景。該機 床由超高壓水射流發(fā)生器 (增壓器 、 數(shù)控切割平臺和 數(shù)控操作系統(tǒng)構(gòu)成 (見圖 1 。 資料表明 , 西方一些發(fā)達 國家所生產(chǎn)的“超高壓水流切割刀具” (俗稱為“水 刀” , 切割速度可達到一般工具切割的 20倍 , 切割成本 僅為一般工具切割的 20%。 “水刀” 幾乎可以切割各種 材料,包括幾厘米厚的鋼板以及精度要求很高的、安 裝在像航天器一類飛行器上的各種零部件。它不僅可 以切割所有的塑料材料和復合材料,而且不產(chǎn)生有害 的切割氣體?；谏鲜鲈?筆者利用數(shù)控超高壓水數(shù)控超高壓水射流切割機

2、床的發(fā)生器系統(tǒng)技術(shù)王正,孫友富(南京林業(yè)大學,南京 210037摘 要:介紹了國產(chǎn)數(shù)控超高壓水射流切割機床發(fā)生器系統(tǒng)的組成、工作原理和相關技術(shù),以及其加工 的實木拼化地板與 MDF 工藝品等產(chǎn)品。關鍵詞:數(shù)控;超高壓水射流;發(fā)生器;系統(tǒng) 中圖分類號:TS642文獻標識碼 : A文章編號:1001-036X(200604-0032-03Technology of numerical control super high pressure machinetool in abrasive water jet cutting generator systemWANG Zheng, SUN You-fu

3、(Nanjing Forestry University, Nanjing 210037,ChinaAbstract: The paper introduced the constitute, principle and relational technology of the numerical control machine tool inabrasive water jet cutting in China as well as productions of flooring , arts and crafts with MDF etc.Keywords: numerical contr

4、ol; in abrasive water jet cutting; generator; system射流切割技術(shù)在加工實木拼花地板和工藝品試件上進 行了研究, 結(jié)果表明, 加工質(zhì)量優(yōu)良, 這為發(fā)展我國木 材加工新工藝做出了有益嘗試。本文就南京蘇奇科技 有限責任公司制造的 SQ-WJG40型高壓水射流發(fā)生器 的結(jié)構(gòu)及其技術(shù)特性作如下介紹。收稿日期:2006-06-03作者簡介:王正,男,高級工程師。圖 1 數(shù)控超高壓水射流切割機床-33- 1 主要技術(shù)性能指標S Q -W J G 40型 高 壓 水 射 流 發(fā) 生 器 外 形 尺 寸1 450m m ×1 200mm×1

5、 200mm, 主電機功率 22kw , 最大工作壓力 44 000psi(300MPa,水射流流量 >2.7L/min , 寶石水噴嘴通徑為 0.25mm , 增壓比有 1:24, 最 大流量 2.5L/min。 高壓水射流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成, 見圖 2所示。送到噴嘴, 那么噴嘴出來的射流壓力將會是脈動的 (見 圖 4 ,而且這會對管路系統(tǒng)產(chǎn)生周期性振蕩。為獲得穩(wěn)定的高壓水射流,常在增壓器和噴嘴回路之間設置一蓄能 (恒壓 器, 消除水壓脈動, 達到恒壓之目的, 常 能控制脈動量在 5%之內(nèi) (見圖 4 。圖 2 高壓水射流發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖圖 3 高壓水射流發(fā)生器(增壓器裝配圖圖 4 形成

6、高壓水射流的系統(tǒng)圖 5 增壓器工作原理 圖 6 液壓系統(tǒng)原理圖 2 高壓水射流發(fā)生器的增壓原理結(jié)合高壓水射流發(fā)生器的裝配圖(圖 3 ,并運用 液體增壓原理, 通過特定的裝置 (增壓口或高壓泵 , 將 動力源 (電動機 的機械能轉(zhuǎn)換成壓力能。 具有巨大壓力 能的水在通過小孔噴嘴 (又一換能裝置 時, 再將壓力能 轉(zhuǎn)變成動能,從而形成高壓水射流。高壓水射流系統(tǒng) (圖 4 主要由增壓系統(tǒng)、 供水系統(tǒng)、 增壓恒壓系統(tǒng)、 噴 嘴管路系統(tǒng)、數(shù)控工作臺系統(tǒng)、集水系統(tǒng)及水循環(huán)處 理系統(tǒng)等構(gòu)成。 油壓系統(tǒng)低壓油 (1030MPa 推動大活 塞往復來回移動,其方向由換向閥自動控制。供水系 統(tǒng)先對水進行凈化處理,并

7、加入防銹添加劑等,然后 由供水泵打出低壓水從單向閥進入高壓缸。增壓恒壓 系統(tǒng)包括增壓器和蓄能器兩部分。增壓器獲得高壓原 理如圖 5所示 :即利用大活塞與小活塞面積之差來實現(xiàn), 理論上:A 大 ×P 油 =A小 ×P 水 , P 出水 =A大 /A小 ×P 油 。顯 然,其增壓比即大活塞與小活塞面積之比,通常為 10 :125 :1。由此,增壓器輸出高壓水壓力可達 100MPa 750MPa 。 由于水在 400Mpa 時其壓縮率達 12%,因而活塞桿在走過其整個行程八分之一后才會有 高壓水輸出?；钊竭_行程終端時,換向閥自動使油 路改變方向 (圖中虛線箭頭所示 ,

8、 進而推動大活塞反向 行進,此時高壓水在另端輸出。如果將此高壓水直接-34- 3 高壓水射流切割機理高壓射流本身具有較高的剛性, 在與物體碰撞時, 產(chǎn)生極高的沖擊動壓 (P=VC 和渦流, 從微觀上看相 對于射流平均速度存在著超高速區(qū)和低速區(qū) (有時可能 為負值 ,因而高壓水射流表面上雖為圓柱模型,而內(nèi) 部實際上存在剛性高和剛性低的部分。剛性高的部分 產(chǎn)生的沖擊動壓使傳播時間減少, 增大了沖擊強度, 宏 觀上看起到快速楔劈作用;而低剛度部分相對于高剛 度部分形成了柔性空間, 起吸屑、 排屑作用。 這兩者的 結(jié)合好像在其切割材料時猶如一把軸向 " 鋸刀 " 在加 工。 高壓水

9、射流破壞材料的過程是一個動態(tài)斷裂過程, 對脆性材料 (如巖石 主要是以裂紋破壞及擴散為主 ; 而 對塑性材料符合最大的拉應力瞬時斷裂準則,即一旦 材料中某點的法向拉應力達到或超過某一臨界值y 時, 該點即發(fā)生斷裂。根據(jù)彈塑性力學理論,動態(tài)斷裂強 度與靜態(tài)斷裂強度相比要高出一個數(shù)量級左右,主要 是因為動態(tài)應力作用時間短, 材料中裂紋來不及發(fā)展, 因而這個動態(tài)斷裂不僅與應力有關,還與拉伸應力的 作用時間相關。圖 7為其加工的實木與 MDF 產(chǎn)品。4.2 檢查換向閥打開電源, 不要啟動電機油泵, 將霍爾開關依次接 近磁鐵,同時用手去感應換向閥閥桿是否移動?？芍?復多次, 以確定其穩(wěn)定性。 當閥桿不移

10、動時, 則換向閥 工作異常。 解決方法是清洗閥芯及閥腔或更換新閥。 當 閥桿移動時,則換向閥正常,進行下一步檢查。 4.3 檢查溢流閥打開電源,不要啟動電機油泵,按下高壓啟動按 鈕, 用手去感應溢流閥閥桿是否移動。 可重復多次, 以 確定其穩(wěn)定性。 當閥桿不移動時, 則溢流閥工作異常, 解決方案為清洗閥芯及閥腔或更換新閥。當閥桿移動 時,則溢流閥正常,需進行下一步檢查。 4.4 檢查油缸密封開啟油泵電機(注意:不要開啟高壓 ,將兩只換 向霍爾開關拿在手上, 分別接近磁鐵, 同時注意聽油缸 內(nèi)的動靜,并注意檢查兩塊擋板后窺孔有無漏油現(xiàn)象。 當兩個方向都沒有動作或其中一個方向沒有動作時, 則 活塞

11、上密封失效。 解決方法是拆開油缸, 取出活塞, 更 換新的密封件。 同時, 更換有漏油現(xiàn)象的一端擋板內(nèi)的 油封。當兩個方向都有動作時,則活塞密封正常。【參考文獻】1 韓育禮 , 赫信鵬 , 袁人樞 . 南京理工大學高壓實驗室及其研制高壓水射流切割機 J.北京:中國安全科學學報第 5卷論文集, 1995, 10.2 姚建春,張長琳 . 水射流切割技術(shù) J.南京:機械制造與自動化 ,1998,5 .3 張懷亮 . 前混式磨料水射流切制機的設計與研究 J.北京:流體機械, 2001, 8.4 白春雪,劉庭成,丁宇 . 水射流切割技術(shù) J.北京:冶金設備,1996, 1.5 Zeng.J., Kim,

12、 T. J. Parameter Prediction and Cost Analysis in AbrasiveWater jet Cutting Operations Proc. of the 7th American Water JetConferenceJ. Water Jet Association, St. Louis, 1993 .6 A.Schopp, H. Louis, F. Pude, Ch. von Rad. Influence of abrasive waterjet cutting on the magnetic properties of non-oriented

13、electrical steelsJ. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2003 (254-255:370p - 372.7 Mustafa Kemal Kulekci. Processes and apparatus developments inindustrial water jet ApplicationsJ.International Journal of MachineTools & Manufacture, 2002 (42:1297 - 1306.圖 7 由數(shù)控超高壓水射流切割機床加工拼化地板(實木 和工藝品(MDF 4 發(fā)生器常見故障及排除方法4.1 檢查開關與繼電器打開電源,不要啟動電機油泵