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科泰激光科技-供应专栏

切割工艺介绍

来源:科泰激光科技 发布时间: 2015/8/1 15:25:40 【返回上一步】
本页关键词:激光雕刻机

  1水射流切割

  1.1原理
  当压力为0.20MPa~0.37MPa的高压水从内径约为0.5mm或更小的小孔中喷出时,可以达到很高的速度(900m/s以上),如果向这束高聚能的水流中混入小粒度的细磨料,磨料就会获得很高的动能。当这束含磨料的高速水流喷到工件上时,磨料就对工件产生切削作用。
  水流与磨料的混合原理如所示,高压水流从喷咀喷出时,会在混合腔内产生真空效应,将磨料吸入混合腔内进行混合,就像常见的喷雾器使空气和水混合成雾的原理一样。在有些装置中磨料是用压缩空气输送到混合腔的。
  加工所需的压力通常为0.20MPa~0.37MPa.
  水压与磨料水射流速度的关系如所示。
  1.2概况
  纯水切割早在20世纪20年代就开始在切割软材料中得到应用,但不能切割硬脆材料,因此在1974年左右开发了磨料水射流切割工艺,解决了硬脆的复合材料加工问题。近20多年来,已将这种工艺作为新型切割工艺广泛用于航空航天和汽车工业等工业部门。
  水压达到400MPa时,高压水通过直径为0.07mm~0.45mm的喷嘴后,喷射速度达到900m/s(大于两倍音速)。其动能相当于卡车以90km/h速度行驶时产生的动能,特别是在水中加磨料变成“磨料水射流”后,切割力更强。目前用这种技术已能切割航空航天工业中所用的碳纤维复合材料,并认为是最能保证其质量的标准切割方法。
  磨料水射流也能切割凯芙拉、石墨、玻璃纤维等复合材料,如所示。该方法对聚酰亚胺基体复合材料亦能取得同样的效果,还能切割金属基复合材料,如硼/铝蜂窝结构,碳化硼/铝复合材料。
  高压水射流切割和磨料水射流切割与目前的常规方法相比,具有以下优点。
  1)可切割多种复合材料,如金属基复合材料、树脂基复合材料、高分子材料等。由于磨料水射流的实质是利用剥蚀作用切削材料,所以,不论材料软硬、熔点高低都可切割,尤其对硬度大、质脆的复合材料更为适用。
  2)切缝表面质量高,边缘无毛刺和飞边,不会出现剥离和开裂现象,也不会由于水短暂暴露于边缘上而使材料性能下降。因此通常一次完成,不需要精加工。在一般情况下,切割6mm厚的复合材料零件,公差值为±0.13mm,甚至可达±0.0076mm,加工粗糙度为Ral.0.6m~6m.
  3)由于水本身就是切割工具,被切割材料不会受热变形,也不会产生磨损和卡刀现象。适合切割热敏材料,如环氧树脂(当温度升至200°C时,其强度大大降低)。
  4)切割力小,尤其是沿进给方向和侧向的力小,从而避免了零件由于附加应力而变形,对薄壁零件的切割非常有利。
  5)加工效率高。磨料水射流成功地切割了一些原来常规方法无法切割的复合材料,从这一意义讲,其加工效果难以用数字估量。
  6)经济效益好。磨料水射流切割的切缝较窄(0.76mm~2.54mm),亦可进行套切,可节省材料,特别是它能切割难加工材料和复杂形状。
  例如,波音军用飞机公司用水射流切割多层(一般为6层)石墨/凯芙拉或玻璃纤维增强的复合材料,与手工操作相比,节省了20的材料和40的劳动量。美国阿克密克里芙兰公司用磨料水射流切割石墨/环氧复合材料舱门,仅需12min,加工质量高,原来每件工时为8h,刀具磨损快,加工成本高。
  由于水射流切割属于点切割,因此切割时,一般不在零件上钻工艺孔,零件上任意点都可作为起点。为了使水射流切割系统满足高效率加工,该系统采用了许多技术,如CAD/CAM、5轴机械手、CNC控制的x-y定位工作台,因此这种系统能实现一机多能、自动化和数控化。目前在生产线上广泛采用数控水射流切割机或数控水射流切割机械手,能够进行外形、开孔、内孔等多种加工。
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