PDF《“水刀”在金属加工领域的应用》

水刀 在金属加工领域的应用 南京大地水刀有限公司 ―― http://www.

dardiwaterjet.com 陈波程轶伦 引言近年来, 超高压数控水切割机 -又称 水刀 ,随着产品的成熟和应用面的扩大 而逐渐进入一个成长期,这也要部分地归功于机器工业的长足发展,依托于更高精度 的机床平台,我们可以加工更多更精密的产品,将水切割应用领域扩展到范围更加广 阔的金属加工领域,而不是仅仅局限在玻璃,陶瓷,石材等材料的加工. 目前,国际上已经涌现出一大批最新的水切割技术,将 水刀 的使用价值推上 了一个新的台阶. 图

一、切割样品 图

二、切割厚金属 图

三、测量厚度 一. 目前金属切割行业的现状 以金属切割为例,各种加工手段呈现一 个百花齐放的态势, 包括激光、 火焰切割 (等 离子切割) 、电火花加工、线切割、水切割. 各种切割手段各有优势,又都存在一定的局 限性,各自占领了一部分市场.但在众多的 切割手段中,只有水切割属于冷态切割,直 接利用加磨料水射流的动能对金属进行切削 而达到切割目的,切割过程中无化学变化, 具有对切割材质理化性能无影响,无热变形, 切缝窄,精度高,切面光洁,清洁无污染等 优点,可加工传统加工及其它加工方法无法 或难于加工的材料,如玻璃、陶瓷、复合材 料、反光材料、化纤、热敏感材料.随着人 们对水切割技术了解的进一步加深,市场逐 渐认识到水切割技术在金属切割行业的独特 优势.以激光切割为例进行比较,激光虽然 在切割速度方面要远远优于水切割,但一般 而言激光无法切割大于 16mm 的金属板,而 且激光切割材料的周边仍有一定的热影响 第页共页

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1 1 http://www.dardiwaterjet.com 图

四、切割2.5*4m 大型特种钢板 图

五、切割复合材料 图

六、水切割圆锥齿轮 图

七、水切割厚钢板 图

八、水切割橡胶 区, 水刀切割金属材料厚度一般可达 50mm 以上, 并 且对材料无任何影响, 再加上水刀对切割材料没有限 制. 综合这些因素, 很多原先选择激光或其它切割手 段的用户转而选用水切割机. 由于 水刀 的数控平台采用滚珠丝杆和滚动直 线导轨的精密传动技术,控制精度都在+0.02mm以内, 同时加砂水射流的喷嘴和切割头的聚焦性能及长 寿命的喷嘴材料的技术突破,配合了 400Mpa大功率 超高压系统的连续平稳工作, 全自动供砂和控砂及高 压水启、停控制系统配合,使得 水刀 能24 小时 连续切割和自动加工. 水刀 更兼有强大的计算机辅助设计和控制功 能,特别在 转角和尖角 切割时自动减速,使得切 割面光洁圆滑,加之 水刀 切割具有 磨削 的特 质,这使得 水刀 在切割质量和效率上都有了极大 的变化和提高, 而可直接用于金属零件的成形切割加 工. 水刀的典型应用: 1)切割金属的光洁度达 1.6μm ,切割精度达 ±0.10mm,可用于精密成形切割;

2)专用于有色金属和不锈钢的切割中有着独到 之处,无反光影响和边缘损失;

3)复合材料、复合的金属、不同熔点的金属复 合体与非金属的一次成形切割;

4)低熔点及易燃材料的切割,如纸、皮革、橡胶、橡胶、尼龙、毛毡、木材、炸药等材料;

5)特殊的场地和环境下切割:水下、有可燃气 体环境;

6)高硬度和不可溶的材料切割:石材、玻璃、 陶瓷、硬质合金、金刚石等. 如前所述, 水刀具有多项其它加工方法无法比拟 第页共页

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3 3 http://www.dardiwaterjet.com 的优秀特性,应用面非常广泛,这里只举几例. 二. 新技术应用情况 在金属切割行业中,追求的高质量,高效率的 直接成形加工,是目前国际上发展趋势, 水刀 切 割机正是针对这种需求而在相关的技术应用上不断创新: 图

九、水切割尼龙材料 1. 高精度的数控机床 随着包括精密滚珠丝杆,伺服电机,谐振减速单元等技术的出现,机床可以达到 更高的位置精度,反向间隙补偿,重复定位精度的提高,机床制造厂商将更大的精力 投入到分析机床几何误差产生的原因, 通过采用球杆测量仪和激光干涉仪等高精度测 量器具检测机床几何精度并建立误差映射表来给 予精度修正,以此制造高精度机床. 图

十、400Mpa/200HP 的增压器并联系统 2. 大功率超高压系统 提高水切割的能量, 将提高切割能力. 水射流 能量越大, 切割效果越好, 所以水切割机的压力和 最大输出流量成为影响切割能力的主要参数, 现在 国际上对此也在做进一步的研究和试验,实验证 明,当压力达到 700MPa 以上时,也可以用清水切 割薄钢板和较硬的复合材料, 这样进一步提高增压 器的压力可大大提高水切割机的切割能力. 另一方面, 在同等的压力之下, 提高射流的流 量,即加大射流的功率也一样可提高切割能力;

因 此而产生多增压器并联技术:在对现有系统不做大 改动的前提下,采用多增压器并联技术―即将两个 或多个高压发生器并联使用―可以很方便地提高增 压器的输出流量,采用大口径喷嘴进行切割,这样 水射流有效切割能量更大,切割效果更好. 图十

一、可倾斜的切割头 3.五轴水切割技术―自校正切割 如同大家所知的一样,无论激光,气体等离子, 射流等切割手段,距喷嘴越远,由于能量梯度的作 用,切面越深时,切割能力越差,所以形成的切割 第页共页

网址: E-mail: [email protected] 热线: 025-86431451,57324299 面往往会不垂直于工件表面, 我们称为切割斜度, 这是所有切割手段的一个固有缺陷. 虽然通过提高切割能量或降低切割速度也可以部分减小切割斜度, 但仍会存在不能完 全垂直的问题.于是可倾斜切割头的设想于

1997 年被提了出来,目前国际上已有商 用产品,这是解决切割斜度,提高精度最直接有效的方法.其原理是通过在原有三轴 平台 XYZ 的基础上再增加两个旋转轴,实现刀头可向任何方向摆动,并利用预先在 系统中设置的斜度模型,通过对切割轨迹的实时计算,再考虑被切工件的材料与厚度 进行修正,在切割的过程中不断地摆动切割头,使得切割出来的工件达到完美的无斜 度状态. 三. 中国水刀的发展 在吸收世界同行先进经验的同时,秉承不断创新的理念,近几年经 水刀 同行 的共同努力,不断拓展水刀的应用领域,专注于研发新技术及辅助装备,目前我们已 有或在开发的新技术有:

4 4 http://www.dardiwaterjet.com 图十

三、5*12m 大平台水刀 1.并联增压器的大功率系统 工作压力可达到 400MPa,100HP~200HP 功率输出. 2.大型高精度数控金属切割水切割机 金属切割用工作平台;

X 向可达 5000mm,Y 向可达 10000mm 及以上;

控制精 度: ±0.02mm;

切削精度: ±0.1mm;

X、Y 向运动速度:0~15m;

最高压力:400Mpa;

最大功率:100HP~200HP;

切割头数:2~4. 图十

二、并联增压器大功率系统 第页共页

网址: E-mail: [email protected] 热线: 025-86431451,57324299 3. NEWCAM 软件 实践证明,采用合适的 CAD,CAM 软件也能大辐度提高 水刀 的切割效果, 为此我们引进了先进的水切割专用 CAM 系统―NEWCAM, CAD 模块具有模块化 编程,自动排版套料,在CAM 模块中具 有拐角自动减速, 切断自动减速等优秀特 性,通过在拐角处与切断点降低程序速 度, 解决水切割因水射流的滞后效应引起 的拐角过切现象与程序结束点无法切断 的情况,有效的提高辅助设计、 切割效果 的质量和效率. 4. 空间曲线切割水刀 (机器人水刀) 机器人水刀可以切割任何空间曲线, 目前被广泛地应用于汽车内饰件切割. 我 公司经过几年的探索, 目前产品已非常稳 定可靠,可以满足用户的各种切割需求. 机器人水刀 有纯水切割系统和加 砂切割系统, 用户的使用反映良好, 可完 全替代进口产品, 且节省了用户的大量投 资和运行费用. 该产品是国家级新产品项 目,受到社会各界的关注和支持. 图十

四、CAD――模块化制图 图十五 、CAM――丰富的参数设定 图十

六、机器人水刀 第页共页

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5 5 http://www.dardiwaterjet.com 图十

七、五轴联动三 D 水切割机 图十

八、 废旧弹药销毁 水刀 图十

九、实际切割,应用了多项最新技术 图二

十、多刀头同时切割 5.五轴水刀 虽然机器人水刀也可以达到倾斜刀头 切割的目的,然而在精度和刚度上都远远 弱于传统机床,不能用于高精密切割.要 达到高精密的无斜度切割以及做圆锥面、 圆弧面、旋转曲面、切斜面、打坡口、倒 角等切割时, 必须使用五轴联动水切割机. 6. 废旧弹药销毁 水刀 由于水刀低温切割的优秀特性,使得 水切割机可以用于易燃易爆工件的切割, 其中最为典型的应用就是 废旧弹药销毁 系统 , 水射流在切断弹壳的而绝对不会引 爆其中的炸药,从而达到安全、就地销毁 过期弹药的目的.我公司制造的 超高压 水切割废弹药销毁系统 也在军中使用达 三年之久,填补国内空白,达到国际先进 水平. 7.双头/多头水切割机 与大功率发压发生系统相匹配,可以 采用多刀头同时切割方式,可提高数倍效 率而成本增加很少. 第页共页

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6 6 http://www.dardiwaterjet.com 图二十

一、超高压水开关及切割头 图二十

二、防回水砂阀 图二十

三、自动供砂系统 图二十

四、自动排砂系统 8.其它辅助装备 为了提高加工效率,我们还开发了以下辅助装备 1) 超高压水开关: 超高压水开关:DWCH 工作压力:400Mpa 工作方式:常闭式、气动开启 工作性能:10ms 内开启或关闭 2) SP7 高效能加砂切割头: 水喷嘴与砂管有最近的距离,使得最大限度的利 用水射流能量. 3) 防回水砂阀――通过引导水流向下流动, 可以 有效地防止回水湿砂;

4) 自动供砂系统――将切割磨料不间断地输送 到切割机,无需任何人工干预,并且自动检测砂量, 并发出报警信号,实现一次加砂长时间使用的目的. 5) 自动排砂系统――在切割的过程中, 自动将产 生的泥浆抽出,经过过滤将砂,水分离,再将水反灌 到水箱中,保证水箱水位,避免水箱中长时间积砂和 免除了人工清理. 结束语: 超高压水射流切割技术在金属领域中的应用已有 多年,目前由于其功能的完善、效率的提高,特别是 投资和使用成本的下降,使得 水刀 切割技术和装 备越来越受到更多重视和关注, 水刀 使用的热潮正 在兴起,我们 大地水刀 公司愿为 水刀 的使用 和普及做出更多的努力.同时希望更多的有识之士和 我们一起共同研究和探索,共同推进 水刀 应用技 术的发展. 第页共页

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