第一节!高压水射流切割设备
一!高压水射流切割设备的构成
高压水射流切割设备的基本构成如图A"&所示!通常由以下几部分组成"
图A"&!高压水射流切割设备的基本构成
-高压水发生装置#包括给水装置$增压器$高压泵和蓄压器等%"
.割组合件#包括喷嘴等%"
5割驱动装置#包括数控装置$机器人等%"
7其他装置#如集水器或集水槽$磨料储罐及供给装置$水过滤装置等%" 高压水射流切割的类型不同!其设备的实际构成不完全相同"
二!纯水型高压水射流切割设备的构成
纯水型切割设备较为简单"图A"!所示为纯水型切割设备的构成简图"目前这种切割设备所用的最高水压为=?=(G$"
三!加磨料型高压水射流切割设备的构成
加磨料型切割设备与纯水型的不同之处是&前者附设有磨料罐及磨料供给装置"磨料供给装置按挟带磨料式#即高压式%还是直接注入式#即低压式%而有所不同"
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挟带磨料式高压水射流切割设备的组成如图A"!所示!磨料供给斗用于以粉末形态供给的磨料方式"亦称干式#$磨料浆液供给罐用于磨料与水预先混合成浆液的供给方式"亦称浆液式#!在供给装置的实际使用中%可根据磨料供给方式来通过连接管对其进行转换!
图A"!!纯水型高压水射流切割设备的构成
图A"=!挟带磨料式高压水射流切割设备的组成
挟带磨料式切割中的磨料通常是利用割内水喷嘴喷出的水射流造成的负压%带入水流中并加以混合后进行切割的%但也有采用从供给处对磨料进行加压来供给的!直接注入式切割虽然可使用较低的水压力进行切割%但高压水与磨料混合装置的结构较复杂%而且价格也高!
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超高压软管D
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第二节!高压水射流切割装置
一!高压水发生装置
高压水射流切割用的高压!或超高压"水发生装置是柱塞泵或增压泵#柱塞泵产生高压水的原理如图A"?所示#其结构比较简单$由曲轴机构带动活塞工作$利用活塞往复运动所产生的吸水和排水过程以及单向阀的组合作用获得高压水#
图A"?!柱塞泵产生高压水的原理
吸水过程如图中虚线所示#将柱塞推向上止点$吸入阀打开$水就被吸入阀箱内#当把柱塞拉向下止点$
吸入阀关闭#当柱塞再从下止点移向上止点时$水受到加压$同时排出阀打开$受加压的水即通过排出阀排出而进入蓄压器#排出的高压水压力可通过设置在高压泵排出侧的压力调节阀!压力调节器"进行调节#
柱塞泵高压水发生装置的构成及结构都比较简单$不足之处是加压效率低$通常只能用于压力值在&D A(G$以下的高压水射流切割$不适用于要求超高压水射流切割的场合#增压泵高压水发生装置可获得比柱塞泵高的水压$其产生高压水的原理如图A"@所示#由压力水泵先把水加压至约!>>(G$$然后再用往复液压缸式增压器!由大型油泵带动"反复地进行吸水和排水过程$从而把水压加至超高压#
由于利用油压作动力$增压器的往复运动速度有限$因此$这种增压器不能避免在上止点处发生排出的水压力瞬间下降现象#为减少这种高压水压力的瞬间下降现象的发生$应在高压管路上配置蓄压器#
使用增压器的高压泵装置不可避免会遭受高交变应力和水的腐蚀$故其主要组件的材料须具有良好的耐压%耐冲击%耐腐蚀和耐疲劳性能#增压器所排出的水压力采用设于油压回路中的压力设定阀进行调节#另外$当高压水停止排出时$则可通过释压阀来保持给定的压力#
利用增压泵易获得超高压水射流$在切割水压力为D C"=D!(G$的场合中经常使用这种增压泵装置#目前在实际切割应用中的最高水压力为=D!"?D>(G$$尽管也在研制
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图A "@!增压泵产生高压水的原理
可产生A C A (G $水压力的超高压泵!
但因增压泵的寿命很短!尚不能在实际中应用"柱塞泵与增压泵的适用范围比较如图A "A 所示"增压泵可获得超高压!
但排出水流量较低!而柱塞泵能提供较大的排出水流量"
二!割和喷嘴
割和喷嘴是高压水射流主要的切割工具!其性能的优劣直接影响到切割质量及效率"图A "#为纯水型#
加磨料型和直接注入式高压水射流切割用的割和喷嘴组件的基本结构简图"可以看出!纯水型切割用的结构最为简单!可采用直筒形的喷嘴孔"喷嘴大都采用金刚石或蓝宝石制造!喷嘴孔径通常为>’&"
>’@;;"加磨料型切割用割的结构较为复杂!是由割体#水喷嘴#磨料进给通道#混合室及磨料喷嘴$即混入了磨料的水射流喷嘴!直接用于切割%等组成!其中水喷嘴的材质和孔径与纯水型用的相同"但磨料喷嘴孔容易受到磨料的磨损!为保持加磨料水射流长时间稳定地喷出!常采用碳化钨等硬质合金来制造"同时!喷嘴孔道采用两段式结构!上部为锥度缓慢变化的圆锥体!下部为直筒形孔道!并且孔道长度很长"这些孔道在设计时要考虑磨损余量!磨料喷嘴的孔径通常为&"
!;;"直接注入式因高压水与磨料预先混合后直接输送到割!虽然水压力相对较低!喷嘴材料也要用碳化钨等硬质合金来制造!硬度为&C @>*b !
具有良好的耐磨性"喷嘴孔道也是两段式结构!但圆锥体部分较短"喷嘴孔径比挟带磨料式要大!在水压为=@(G $左右时!孔径通常为!"
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图!"!!柱塞泵与增压泵的适用范围比较
图!"#!高压水射流切割用割和喷嘴组件的基本结构简图
三!割驱动装置
高压水射流切割用的割驱动装置大都采用全自动装置!主要是使用数控切割装置及机器人"采用割驱动装置不仅是提高切割质量#精度及效率的需要!也有利于安全生产"
数控高压水射流切割装置大都是!#"两轴坐标式的!通常采用切割工作台沿!轴方向$即纵向%移动!割沿"轴方向$即机架横梁方向%移动的方式!适用于平面零件的切割!且可以切割出任意形状的平板零件"由于数控装置也能控制割上下$即#向%移动!故也可以对简单的三维曲形零件进行切割"!#"轴方向的最大驱动速度可根据水射流的类型及被切割工件的材质来选定"一般用纯水型来切割泡沫材料时!最大驱动速度应为$%&&&’(’用加磨料型来切割金属材料时!最大驱动速度为!&&&’("
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