数控超高压水射流切割技术研究

数控超高压水射流切割技术研究

发表时间：2018-10-18T14:53:57.947Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：杨艳超1 李东旭2

[导读] 摘要：水切割系统一般由供水系统、增压器、蓄能器、开关、磨料供给系统及喷头组成。

(1沈阳奥拓福科技股份有限公司辽宁省沈阳市 110000;2沈阳海德力诺机械有限公司辽宁省沈阳市 110000) 摘要：水切割系统一般由供水系统、增压器、蓄能器、开关、磨料供给系统及喷头组成。水经供水系统通过增压器形成具有一定压力的水流，在蓄能器的作用下，水压能够保持在一定范围内，将连续、稳定的水流输送至开关；控制系统控制增压器的压力大小及开关的打开、闭合，控制一定压力的连续水流至喷头；石英砂等磨料经过磨料供给系统加入到水流中（纯水切割无磨料供给系统）；形成混合射流

从喷头射出，完成对被加工材料的切割。水切割属于冷态作业，切割过程中不产生热影响区，切割精度高，效率高，应用范围广，同时在操作过程中不产生灰尘及有毒有害气体，作业环境安全清洁，能够为作业人员提供相对较为良好的劳动条件。

关键词：数控计算机；超高压水射流切割技术；发展

1水切割技术简介

数控超高压水射流技术是近三十年发展成熟且符合绿色环保概念的一种新型综合加工技术，包括纯水射流与磨料射流，具有诸多传统切割工艺难以比拟的优点。利用超高压水射流技术加工珍贵木材，具有切割品质优异、效率高、成本低、环保及系统操作简单等显著优势，可合理提高木材的利用率。木材具有各向异性与复杂性，考虑压力、靶距、进给速度等因素对木材切割品质的影响，比各向同性材料的切割工艺研究难度大。目前，国内在木材加工应用领域研究水平较低，国产水射流设备实现产业化、优化工艺参数方案分析等研究局限性大。2008年，何继龙等人以杉木为试件，采用动压力测试方法分别对杉木试件在自由状态下切割受力情况和对不同规格的杉木试件在自由状态与夹紧状态下的切割表面粗糙度进行了对比分析，并以此设计了与SQ-WJG40型高压水射流切割机床相配套的四气缸联动气压夹紧装置，以提高机床加工精确度。2016年，曹瑜等人采用正交试验法对中密度纤维板和意杨实木试件进行水射流切割试验。结果表明：意杨实木平均气干密度0.387g/cm3，压力300MPa，进给速度1000mm/s，靶距5mm，调砂速度20kg/h，加工表面粗糙度最小，加工质量最优。近年来，国外在超高压水射流加工应用方面也作了较多研究工作。2011年，ŠtefanBarcík等人研究了磨料水射流切割MDF过程，并研究技术参数、材料参数和切割角度对材料切割宽度的影响。试验表明：当合理采用喷射和技术参数，水射流切割可优先应用于复合材料加工，在纵向切割材料时，切口宽度更稳定。2014年，MonikaKVIETKOVÁ等人采用磨料射流切割MDF、OSB和胶合板，考虑不同参数技术对试验的影响。结果表明：磨料射流切割在材料纵向产生了变化，当进给速度为400mm/min，磨料流量为450g/min，切口宽度达到最小，切割效果最佳。已有研究多基于岩石、陶瓷等均匀性材料和木质复合材料等，实木水射流加工研究工作较为薄弱，为进一步实现大果紫檀工艺品的现代化生产，开展超高压水射流切割工艺优化设计工作尤为关键。

2.水切割机的操作

2.1操作步骤

调试工作及使用前准备。打开进水阀门，枪嘴有水流射出，无堵塞。打开排气阀门，排净空气，直至有水顺利喷出，关闭阀门。确保调压阀、磨料控制阀、泄压阀处于关闭状态。启动电动机后设备无异响或震动，系统无泄漏或渗漏，射流顺畅无堵塞，压力可调、稳定且可达额定压力。调试正常后可进行切割作业。

设备启动。完成调试工作，开启电源开关，右旋调压阀手柄，逐渐调节压力到工作压力（45MPa），将磨料控制阀左旋90°后加砂。当磨料射流基本形成时开始切割。切割时根据射流的反射情况判断切割状况：射流反射很高，说明工件未被切透；射流斜向下状态为最佳状态；如若射流竖直向下，则表示切割速度还可提高。

设备关闭。切割作业完成，首先关闭磨料控制阀（将控制阀手柄扳回原来的位置），设备运行1min左右，排净高压软管中的剩余磨料，左旋压力阀手柄，将压力降为零，关闭电源开关，左旋泄压阀手柄，释放系统中的压力，最后关闭进水阀门。

2.2操作安全注意事项

（1）设备操作人员须经过专业操作培训。

（2）不得将枪嘴朝向周围的人员或设备。

（3）使用设备时须严格按照操作步骤进行，且要佩戴组合护目镜、防护手套等防护用具。为确保安全，切割时配备2名操作人员，1名负责切割，另外1名负责观察主机运行情况。

（4）使用前认真检查设备性能，确保系统无渗漏，无异响。

（5）操作人员需远离高压磨料水射流喷出及反射的方向，以防受到伤害。

（6）高低压软管严禁弯曲过度（弯曲半径大于

0.5m）、相互绞缠。

（7）水切割机必须做好接地，接地电阻≤4Ω。

（8）在使用水刀切割时，根据不同材料选择不同的压力进行操作。

（9）在使用水刀的过程中，要注意查看水刀的增压器和高压管工作密封情况。

（10）水刀切割好后边缘都十分锋利，应避免划伤割伤。

（11）设备使用过程中，倾斜角度应小于5°，以保证泵运转的最佳润滑调节。

（12）设备运行时出现异常应立即停机，卸压后进行检修，严禁工作时拆卸检修设备，严禁带电检修设备。

3应用CAD软件绘制水切割工艺路线

3.1绘制切割图形

如图1所示，切割图形只能由直线、圆弧、多线段构成。圆由两个圆弧构成，椭圆由多个圆弧构成。如果一条线段由多条线段组成，则多条线段要求可以用编辑多线段命令合并起来。图形必须已经设置过补偿量，并且用分解命令分解。

图1切割图形

3.2设置进刀点和退刀点

如图2所示,line命令由A→B→C、D→E→F画线，注意画线的先后顺序。这样进刀线就是线段AB、DE，退刀线就是线段BC、EF。选择线段AB，执行命令PE（编辑多线段），AutoCAD执行顺序如下：（1）执行命令PE；

（2）回车确认，将所选对象中不是多段线的转换为多段线；

（3）输入J，合并线段；

（4）选择对象，该步骤确定切割方向，如果顺时针切割，选择BK；如果逆时针切割，选择BE,如图3所示；

（5）选择退刀路线BC；

（6）切割方向和退刀线确定后，输入命令ALL，按空格键确认；

（7）按回车或空格确认，并结束命令。

图2进退刀线

图3加工路线选择

3.3生成水切割系统可识别文件

（1）建立水切割系统零点。在图形合适位置画点，并确定为零点。

（2）输入DXFOUT命令或点击“菜单”—“文件”—“另存为”，弹出对话框。

（3）单击“选项”，选择“DXF选项”标签，选中“选择对象”，在对话框中按确定，回到上一个对话框，输入要保存的文件名后，再按保存。

（4）选择要切割的图形。先选择零点，再选择切割的图形，选择完后按回车确定。选择的顺序是实际切割的顺序。

（5）在水切割系统下将保存文件打开，执行“仿真”—“代码转换”，得到可以切割的数控程序。

结束语

水切割法在金属切割领域、玻璃切割领域、建筑材料加工领域、石油化工行业等都有应用，是指的推广的一项技术。

参考文献:

[1]赵海龙.煤矿井下高压水切割设备的应用[J].山东煤炭科技,2017(11):127-128+131.

[2]梅峰,龚超.傲马水刀:切割到无法想象[J].金属加工(冷加工),2017(12):7-9.