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數控水刀和超高壓水射流有關問題

* 什么是數控水刀?

* 數控水刀有什么特性和優點?

* 數控水刀能達到怎樣的精度?

* 數控水刀能切割的最大厚度是多少?

* 高壓泵(高壓發生器)的工作原理是什么?

* 影響數控水刀切割效率的因素有哪些?

* 如何選到一臺好的水刀?

* 數控水刀使用成本多少?

* 數控水刀有哪些常見故障以及如何排除?

(提醒:凡抄襲以下內容的,請一字不漏轉載。否則,會破壞內容完整性。)

 

* 什么是數控水刀?

    數控水刀是將超高壓水射流發生器與數控加工機構組合而成的一種切割機床。它將水流的壓力提升到足夠高(200MPa以上),使水流具有極大的動能,可以穿透化纖、木材、皮革、橡膠等,在高速水流中混合一定比例的磨料,則可以穿透幾乎所有堅硬材料如陶瓷、石材、玻璃、金屬、合金等。在數控 裝置的引導下,在材料的任意位置開始加工或結束加工,按設定的軌跡以適當的速度移動,實現任意圖形的平面切割加工。

 

* 數控水刀有什么特性和優點?

    與傳統的“熱”切割工藝相比,超高壓水射流切割機床以水流為切割介質,是一種“冷”切割工藝。它具有如下功能與優點:

    1.切割時無熱變形,避免了材料的物理、化學變化;

    2.廣泛適應于各種材料的切割加工,有“萬能切割機”之譽;

    3.切口光滑平整無毛刺,一般無須再加工;

    4.由數控系統操縱,切割精度高;

    5.切割縫小于1.2mm,便于套料切割,節約材料;

    6.加工過程不會產生污染環境的廢物。

    數控水刀對那些用其它方法難以切割的材料如芳綸(Kevler)、鈦合金及各種復合材料是非常理想或唯一的加工手段。

 

* 數控水刀能達到怎樣的精度?

    嚴格來講,數控水刀雖然比火焰、等離子切割機床可以更精確的切割,但還不是精密加工機床,應該不能標注精度。在切割10mm以下的板料時,把切割速度和補償控制得恰到好處,誤差可以做到+-0.1mm。

 

* 數控水刀能切割的最大厚度是多少?

    由于水射流的靶距是不確定的或者說是變化的,數控水刀的最大切割厚度并不好明確界定。膽大者,敢稱400、500mm,保守者稱100mm以內,都是合理的。現有的數控水刀一般流量在2~3升,工作壓力在200~380MPa,射流經過空氣阻力,能量衰減極快,到400、500mm時,基本就隨風飄散了,就沒有打擊力。

    就一般應用而言,切割金屬板材厚度建議不超過100mm,發泡材料如海綿厚度建議不超過300mm。

 

* 高壓泵(高壓發生器)的工作原理是什么?

    系統原理圖如下:

    油路部分工作原理

    電機驅動油泵,將液壓油從油箱中抽出,經單向閥傳送到油壓管路中。此時油路分成三路,一路接蓄能器和壓力表,壓力表顯示油壓,蓄能器可起平穩油壓的作用,第二路接換向閥,另一路接溢流閥。當未按下開水射流按鈕時,從油泵送出來的液壓油經溢流閥、水冷式冷卻器和回油過濾器直接流回油箱,則少量的液壓油通過換向閥進入增壓器油腔,不足以推動油活塞產生換向或換向緩慢;而當按下開水射流按鈕后,溢流閥閉合,液壓油經換向閥進入增壓器油腔,推動油活塞運動,同時油活塞另一邊的液壓油被推出油缸,經水冷式冷卻器、回油過濾器流回油箱。當油活塞被推至油缸末端,碰撞換向頂桿,頂桿觸發換向閥產生換向信號,從而使液壓油路從油缸的另一端進入,油活塞回程。至油缸未端又觸發換向頂桿,油活塞又回程。如此,連續不斷地觸發換向器進行油路換向,從而形成增壓器的往復運動。

    水路部分工作原理

    自來水經過濾器過濾之后,由水泵進行加壓,進入增壓器兩端的高壓缸內。當油活塞往復運動時,一端高壓缸通過進水單向閥進水,另一端高壓缸的水被推出、經過出水單向閥進入高壓管路。如此動作,在兩端的高壓缸中交替進行,形成源源不斷的高壓水流。由于存在增壓器換向周期,輸出的水流的壓力形成周期性波動。因此高壓水流需經高壓蓄能器進行穩壓,通過高壓管輸送到噴射頭。在噴射頭上安裝有孔徑為0.25~0.33mm的寶石噴嘴。高壓水流在寶石噴嘴的約束下形成具有極大動能的高速“水箭”,可以擊穿纖維、皮革、橡膠等軟質材料。在“水箭”中混合一定比例的磨料,則形成磨料水射流,可以穿透任何堅硬材料。 

    增壓器原理

    當液壓油作用在活塞上時,連接在活塞的高壓柱塞桿將高壓缸內的水推出。根據能量守恒定律,假設無摩擦損耗,兩者的作功相等。此時,油壓乘以活塞橫截面積等于水壓乘以柱塞桿橫截面積,即水壓與油壓的比值等于油活塞橫截面積與高壓柱塞桿橫截面積的比值。油活塞橫截面積與高壓柱塞桿橫截面積之比稱為“增壓比”,由于其比值固定,所以通過控制油壓就可調節水壓。

 

 

* 影響數控水刀切割效率的因素有哪些?

    影響數控水刀切割效率的因素是多方面的而且是相互影響的。主要有:刀頭結構及質量、水射流的壓力高低及壓力波動幅度、水噴嘴的完好程度、磨料質地規格選配是否合適及質量好壞、噴砂管完好程度,等等。

    常用材料的切割效率,可參考下表:

材料

厚度(mm)

切割速度(mm/分鐘)

切割壓力(MPa)

鋼板/不銹鋼板

 2
 5

 10
 20

 40

 80

 100

 850~1100
 
400~550
 
180~240
 
60~110
 
25~40

 10~15

 3~5

300

鋁板

 6
 20
 50

 700~900
 
180~250
 
50~70

300

銅板

 5
 10

 600~750
 250
350

300

鈦板

 2
 5

 300~400
 120~150

300

玻璃

 6
 20
 53

 1200~1500
 240~350
 50~70

300

大理石板

 10
 20
 30

 400~900
 150~400
 50~100

300

花崗巖板

 10
 20
 30

 200~600
 100~250
 25~60

300

瓷磚

 10

 1000~1500

300

注:切割速度愈低,切口質量愈好。

 

*如何選到一臺好的水刀?

    目前國內水刀還沒有一個通行的標準,各生產企業在標明各項指標參數上不能保證其內涵的一致性,使得用戶在選購時比對各項指標參數時就會失去意義。

    水刀是加工工具,好工具的標準就是:一要效率高,二要耐用即故障率低,三要費用低。

    第一步:看切割效率高低。

    切割效率包括切口質量和切割速度。水刀切割的一個特點是:切割速度越低,切口質量越高。

    拿同一塊材料到幾個水刀廠家去試切割,然后再比較:相同切口質量下,誰的切割速度快;相同切割速度下,誰的切口質量高。切割的最低要求,是切斷材料。切斷速度是一個很可靠的比較指標。    

    第二步:比較耐用性。

    水刀的故障主要出在高壓系統。各水刀廠家產品性能高低由此涇渭分明。

    高壓缸、蓄能器、高壓柱塞、單向閥體堵頭、高壓密封、單向閥等部件品質好壞,直接決定了水刀的故障率高低。這些部件的使用壽命越長越好。

    第三步:比較維修、維護費用高低。

    目前水刀沒有一個通行的標準,零部件互換性很低。而且,水刀的高壓部件又是有限使用壽命。因此,購買水刀時不僅要看整機價格,更要看配件價格。不僅要看單價,更要結合使用壽命仔細算綜合使用成本。

    簡而言之,用戶可以不必理會壓力、流量、精度這些指標,只管親眼所見和親耳所聞如何在合同里得到保證。

 

* 數控水刀使用成本多少?

1.設備折舊

    整機平均購買價格以25萬元計算。正常使用壽命為5年。每年實際工作日數為300天,每天平均使用(實際工作)時間為5小時,5年累計工作時間為7500小時。重要部件平均更換周期為2000小時,費用約為1.6萬元。

    設備購置成本及重置成本為(250000+16000x7500/2000=)310000元。

    設備折舊每小時約為(310000/7500=)41.5元。

2.耗材成本

項目名稱

使用壽命/消耗量

單價(元)

每小時成本(元)

A:易損件

 

高壓 缸密封組

>500hrs

300元/套

0.60

單向閥

>500hrs

200元/套

0.40

油密封組

>1000hrs

180元/套

0.18

儲能器靜密封組

>800hrs

240元/套

0.30

B:耗材

 
 

噴砂管

>120hrs

480

4.00

水噴嘴

>40hrs

20

0.50

<150kg/hr

5.0(以南京價格為基準)

0.75

<25kw/hr

0.8(以南京價格為基準)

20.00

磨料

30kg/hr

0.75(以南京價格為基準)

22.50

合計:約50元/小時

 

* 數控水刀有哪些常見故障以及如何排除?

1.增壓器常見故障及排除方法

故障現象

檢查、排除順序及方法

高壓、低壓皆無但換向正常

a.檢查自來水供水是否斷水或水壓過低;

b.檢查水泵是否正常;

c.檢查寶石噴嘴是否正常(水束明顯發散);

d.檢查擋鈑后窺孔有無漏油、漏水(有漏水,表明高壓 缸動密封損壞;有漏油,表明油缸檔板上油密封損壞。);

e.檢查進水單向閥是否失效( 透明進水膠管有無明顯回水);

f.檢查出水單向閥是否失效(單向閥 體處手感有無明顯發熱);

g.檢查高壓柱塞桿是否斷裂(拆除進、出水管和出水單向閥,往高壓缸內插入一根細鋼絲,探到柱塞桿,開啟電機油泵,觀察鋼絲是否頂出。不頂出或移動距離小,則表明柱塞桿已斷裂)。

高壓、低壓皆無且換向時間過長或不換向

a.如不換向且油壓很高,用手推一下換向閥的任一端電磁閥閥桿;

b.調整霍爾開關位置(將霍爾開關向油缸方向輕微移動)

c.檢查換向霍爾開關是否正常;(參照下節相關內容)

d.檢查換向閥電氣部分是否正常;(參照下節相關內容)

e.確認是否調整過油泵流量(太小);

f.確認是否調整過溢流閥流量(太大);

g.檢查換向閥閥芯是否堵塞或磨損;(參照下節相關內容)

h.檢查油缸中活塞密封是否損壞。(參照下節相關內容)

壓力正常或偏高但射流切割無力

a.檢查高壓管路是否堵塞;

b.檢查噴砂管是否堵塞;

c.檢查寶石噴嘴是否堵塞或損壞;

d.更換噴砂管,進行對比 ;

e.更換噴頭座。

高、低壓力波動過大

a.觀察出水單向閥 體與一體塞頭連接處有無泄漏。如有泄漏,先確認單向閥體與單向閥前墊之間的密封面是否損壞,再確認單向閥 前墊與塞頭接觸面的密封面損壞。通常,先更換前墊,如無效,更換新的出水單向閥體。

b.檢查擋鈑后窺孔有無漏水(漏水一側高壓缸動密封須更換) 。

c.檢查擋鈑后窺孔有無漏油(漏油一側油缸擋板上的Y型油密封圈須更換);

d.確定壓力下降時換向指示燈亮著的一側(燈亮時間也相對短些),稱為失壓端;

e.檢查失壓端的出水單向閥是否失效(手摸單向閥 體附近會燙手,則需更換出水單向閥部件,見上述內容);

f.檢查另一側的進水單向閥是否失效(捏緊塞頭進水口處的水管,在換向指示燈明、滅時都有水流脈動,則 更換進水單向閥芯或研磨一體塞頭端面)。

換向時間過短或兩個霍爾開關指示燈同時亮

a.調整開關位置(將霍爾開關向高壓缸方向輕微移動);

b.檢查換向觸桿是否卡緊(斷開總電源,拆開換向頂桿的外銅套,將換向組件一一拿出,換向觸桿在最深處,用磁鐵能將其吸出。如不能吸出,表明換向觸桿被卡緊。恢復換向組件時,特別注意磁柱的方向不要錯,應將能觸發霍爾開關的一端 朝向外側。)。

2.油壓系統故障及排除

排查順序為:油泵電機組—換向霍爾開關—換向閥—溢流閥—油缸密封

(一)檢查油泵電機組

啟動電機油泵,察看柱塞泵的吸油管是否進油

不進油ó1.三相供電相位變了(電機反轉);2.油泵電機組異常

解決方法:1.將斷路器任意兩根進線(或出線)互換位置;2.修理或更換油泵電機。

進油ó油泵電機組正常,進行第二步檢查。

(二)檢查換向霍爾開關

打開電源,不要啟動電機油泵,取出換向霍爾開關,將霍爾開關依次接近磁鐵(注意極性,用磁鐵的兩端分別試),霍爾開關指示燈是否對應地亮/滅。同時,觀察與霍爾開關相連的繼電器是否有動作。

不能對應地亮/ó霍爾開關損壞

解決方法:更換新的霍爾開關

繼電器無動作ó繼電器損壞

解決方法:更換新的繼電器

能對應地亮/滅、繼電器動作ó霍爾開關沒有損壞/繼電器正常,進行下一步檢查

(三)檢查換向閥

打開電源,不要啟動電機油泵,將霍爾開關依次接近磁鐵,同時用手去感應換向閥的電磁閥閥桿是否移動。可重復多次,以確定其穩定性。

閥桿不移動ó換向閥工作異常

解決方法:1.清洗閥芯及閥腔;2.更換新閥。

閥桿移動ó換向閥正常,進行下一步檢查

(四)檢查溢流閥

打開電源,不要啟動電機油泵,按下高壓啟動按鈕,用手去感應溢流閥的電磁閥閥桿是否移動。可重復多次,以確定其穩定性。

閥桿不移動ó溢流閥工作異常

解決方案:1.清洗閥芯及閥腔;2.更換新閥。

閥桿移動ó溢流閥正常,進行下一步檢查

(五)檢查油缸密封

開啟油泵電機(注意:不要開啟高壓),將兩只換向霍爾開關拿在手上,分別接近磁鐵,同時注意聽油缸內的動靜,并注意察看兩塊擋板后窺孔有無漏油現象。

兩個方向都沒有動作或其中一個方向沒有動作ó活塞上密封失效

解決方法:拆開油缸,取出活塞,更換新的密封件。同時,更換有漏油現象的一端擋板內的油封。(注意:拆油活塞時,須特別要保護好與之聯結的高壓柱塞桿,防止表面劃傷或折斷。)

    兩個方向都有動作ó活塞密封正常,檢查其它原因。

3.數控操作系統故障及排除

故障現象

原因/檢查步驟

解決方法

無法進入控制軟件

該程序的數據被破壞

重新安裝該程序;確認系統無病毒

其它程序也無法運行

重新安裝WINDOWS系統

仿真運行時提示有錯誤

檢查G代碼文件的錯誤

正確分行;改正錯誤代碼

DXF圖形文件有錯

修正交叉點;去掉重合線段

XY軸某一軸無動作

驅動器故障

1.點動該軸按鍵,同時觀察該軸驅動器指示燈是否工作;

2.將該軸接插件與另一正常軸接插件調換后觀察該軸是否有動作。

電機故障

接插件未接好

檢查接插件是否牢靠

丟步

電機缺相

檢查線路

驅動器故障

更換驅動器

插卡不正確或IO卡故障

重新插卡或換卡

電機相關參數被修改

恢復被修改的參數

操作指令無反應

急停按鈕未復位

復位急停按鈕

電氣線路上松脫、斷點、元件損壞

重新接牢;更換已損壞元件

病毒影響

殺毒;重新安裝程序

 

 

 

 

 

 

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