1.工作原理及装置
液体喷射加工又称水刀和水射流,它是利用经水泵及增压器产生高速液体束流或固体微粒的冲击力,再通过一个极细的红宝石喷嘴,以高速对工件进行切割(或打孔)。喷射加工一般分为液体喷射加工和磨料喷射加工,前者发展较快,应用较广,液体喷射加工装置如图3-63所示。
2.加工形式
从水质上分,液体喷射加工形式分为纯水切割和加磨料切割;从结构形式上分可有多种形式,如2~3个数控轴的龙门式结构和悬臂式结构,这种结构多用于切割板材;5~6个数控轴的机器人结构,这种结构多用于切割汽车内饰件和轿车的内衬等。
图3-63 液体喷射加工装置
(1)纯水切割 它利用压力为200×106~400×106Pa(最高可达1500×106Pa)的高压水,从孔径为0.05~0.4mm的蓝宝石或金刚石喷嘴孔中以每秒数百米至一千米以上的高速喷出,形成一股高能量密度的射流冲击工件,使材料破碎而去除。割缝约为0.1~1.1mm。主要用于切割各种非金属材料,如塑料、橡胶、石棉、石墨、木材、胶合板、石膏、水泥、皮革和纸板等。切割厚度为几毫米至几十毫米,取决于使用的喷射压力和材料的性质。图3-64为水切割加工照片。
液体喷射切割的主要特点是:①切缝小,一般为0.08~0.4mm;②切割速度高,如切割厚度为6.4mm,胶合板的切割速度达1.7m/s;③切屑被液体带走,不致粉尘飞扬,因而能避免环境污染。液体喷射还可用于穿孔、切割薄金属材料、金属零件去毛刺和表面清理等。
图3-64 水切割加工
(2)加磨料切割 一定压力(2×106~13×106Pa)的气体(空气、氮或二氧化碳)和磨料粉末(直径为10~50μm)混合后从直径为0.1~1.2mm的喷嘴小孔中高速喷出,利用磨料的冲击破坏作用去除工件上的材料。割缝约为0.8~1.8mm。一般使用刚玉或碳化硅磨料,有时还使用玻璃小珠(用于表面抛光)和碳酸氢钠(用于表面清理)。磨料的粒径一般为40~70目,磨料的硬度越高粒径越大,切割能力也越强,喷嘴孔材料采用硬质合金或蓝宝石。喷嘴一般做成笔杆手柄式,便于手工操作;也可将喷嘴安装在夹具上,采用样板导向、缩放仪导向或其他控制装置进行自动化大批量生产。
磨料喷射加工主要用于:①切割玻璃、石英、锗、硅、镓、云母、钨和钛合金等材料的薄片,或开窄槽、打小孔;②使玻璃表面毛化;③从零件表面去除脏物、杂质、氧化层、绝缘层或其他涂层和镀层,以及去除毛刺等;④对集成电路的电阻、电容进行微调。
喷嘴材料及工作条件见表3-6,工艺参数见表3-7和表3-8。
表3-6 喷嘴材料及工作条件(www.xing528.com)
表3-7 水喷射加工常用工艺参数
表3-8 几种材料高压水切割参数
3.加工精度
液体喷射加工精度为0.1~0.25mm,切割精度取决于机器精度、切割工件尺寸范围及切割工件的厚度和材质,通常机器的系统定位精度为0.01~0.03mm。
4.用途
1)切割非可燃性材料,如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料,这是热切割无法加工的材料,图3-65为水切割加工样品。
2)切割可燃性材料,如钢板、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等,以往的热切割也可以加工这些材料,但容易产生燃烧区和毛刺,而水切割加工不会产生燃烧区和毛刺,被切割材料的物理、力学性能不发生改变,这也是水切割的一大优点。
3)切割易燃易爆材料,如弹药和易燃易爆环境内的切割,这是其他加工方法无法取代的。
图3-65 水切割加工样品
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