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制业信?化
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数控水刀在薄玻璃加工中的应用研究
李学森
福州高意通讯有限公司,福州350014
摘要:提出一种新的薄玻璃加工方法,介绍了加シ水刀切割薄玻璃的一些工艺实验现象。并分析了加沙水刀切割薄玻璃
的几种影响因素。结果表明,在一定的工艺和参数配置条件下;加沙水刀能够快速高效地进行薄玻璃的切割
关键词:薄玻璃;加沙水刀;工艺参数;影响因素,质量评估
中图分类号:TG664
文献标识码:A
文章编号:1002-2333(2013)03-0089-03
1引言
塞,由电机驱动液压泵,液压泵从油箱吸油,把压力升高至
水刀切割从1982年应用于工业至今,历史虽短,却被3000,高压油被输送给歧管,由歧管阀门产生增压器的
认为是最万能的和最快速成长的行业,其在效率上优于其冲程动作,増压泵是一种在复式泵,即柱寨活塞组件来回
他的加工技术,同时由于水切割不会产生有害的气体或液往复运动,当低压水充满一侧时,在增压泵的另外一侧输
体,非常符合环保要求,因此广泛应用于金属、陶瓷、玻璃、出高压水,液压油在返回油箱的过程中得到冷却。
石材、家装材料加工.,弹药销毁、石化管道切割等作业中。
增压泵利用的是
但目前水刀切割在国内外还鲜有应用于对12mm以“増压原理",即通过→
下薄或超薄玻璃的加工,原因在于一般的工艺条件下加工改变压力方程中(
薄玻璃极易造成片子破裂报废,也容易对玻璃表面造成伤力=力面积)的面积
害,但其它加工方法如激光切割,又会引起弧痕并引起热变量,从而增强压力。
图1增压示意图
效应,且对于加工厚度大于0.5mm的玻璃,在效率上没有液压油被加压至30000i,由液压油推动活塞,柱塞的表面
优势。然而许多高附加值的光学玻璃产品(如高清投影仪面积比推水一側的活塞面积小20倍,因此3000si的油
的窗口片)又需要在薄的玻璃表面加工出许多槽孔,如果压就被增压20倍,产生60000水压,如图1所示。
直接用高速数控机床加工,对金刚砂轮刀具的要求极高,
在水刀切割中,材料去除过程可称为超音速侵蚀技
目消耗量大、成本高,因此研究薄玻璃的加工方法具有重术,除去材料徴粒的不是靠压力,而是靠水流的速度,压力
要的现实意义。
和速度是两种截然不同的能量形式,高压水通过安装在管
本文通过一系列加沙水刀切割1.2mm以下玻璃的加工子的末端一块带有很小的孔的宝石(或钻石)中流出,从而
测试,分析总结加工过程中经验教训,深入分析加沙水刀切把压力转化为速度,在压力为60000i时,流出喷嘴的水
割薄玻璃的影响因素,尤其是在玻璃的层叠粘合材料选用、流以超过3马赫的速度运动。
工件装夹方法制定、水刀加工压力、沙刀管尺寸、磨粒大小选
对于切割玻璃、
择等方面做出大胆尝试,目的是通过大量的买际切割实验,钢材、石材、陶瓷等
寻求最优的切割工艺参数,以找到最佳的加工方法。
硬质材料,应使用加
2加工机器设备
沙水刀,因在纯水水
实验使用的设备是由工业水刀创始公司-美国福禄刀中,是由超音速水
(Flow)生产的水刀机,型号是M3-2513b-DWJ。该机采用流侵蚀材料.而在加
增压泵对水进行加压并连续输出水流,在切割刀头处把高沙水刀中,由水射流
压水变为超音速水射流,增压泵中有两种流体管路,分别加速沙料颗粒,然后
图2加沙水刀刀头示意图
是水管和液压管。
由这些颗粒(而不是
水管管路包括进水过滤器、升压泵、增压器和减振器。水)侵蚀材料,其切割能力比纯水水刀强大成百上千倍,每
用进水过滤系统过滤普通自来水,它包括一个1ルm滤筒台加沙水刀都包括纯水水刀,其生成纯水射流后加入沙
和一个045m滤筒,然后把过滤后的水输送给升压泵,进料,然后沙料颗粒沿刀管被加速,就像步枪子弹那样,其原
水水压大约是90psi,之后把过滤后的水输送给増压泵,在理如图2所示。
此压力升高至60000,水离开增压泵并通过管道输送给
为提高脆性材料或层压材料穿孔成功的机率,福禄公
切割刀头之前,会首先流经减振器,这个大容器缓冲了压司还专门设计了真空辅助装置,该装置在低压穿孔中使
力波动,确保输送给切割刀头的水稳定、连贯。
用,借助该装置的抽真空动作,使沙粒流动更快更顺畅,确
液压管路包括电机、液压泵、油箱、岐管以及活塞柱保穿孔过程不会出现堵沙。
机械工程师2013年第3期189
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3测试与加工参数确定
(10)加工方法:实际加工中发现直接用高压切割会
由于没有相关资料数据可以作为参考,以下加工方法直接将玻璃打碎,借鉴以前玻璃加工经验,采用较低压力
及加工参数只能是边试验边分析中得出并确定下来
先在要加工工件槽中心打穿孔,然后以该孔为起点,用高
(1)工件的加工程序:可根据实际产品图纸加上余量,压切割来完成槽的加工,所以就有了低压穿孔及高压切
利用水刀厂家提供的编程软件编制工件加工程序。
槽的两种压力设置,同时为了保证切割后上表面及下表
2)夹具装夹:由于水刀切割作用于工件上的力很小,面片子尺寸一致性,高压切割时需要点击开启机器上的
大约只有不到1kg,所以不需要采取像一般机加工那样装动态加工功能,依靠机器对刀头的自动调整来保证切割
夹方式,只需要在工件側面稍加固定就可以了。
的垂直度。
(3)磨料与目数:加沙水刀切割所用的沙料是经专门
(11)水刀加工压力设置:经验表明低压穿孔压力可设
筛选、大小一致的硬沙,最常用的沙料是石榴石,石榴石质置在40~80MPa,为延长增加泵寿命,可采用较低的
硬、强度高并且便宜,像五金店中的粉红色沙纸一样,不同50MPa;高压切割时压力可根据生产的实际需要设置在
的大小颗粒用于不同的工作:120目一产生平滑的表面:80300-500MPa,该压力变动对切割质量不会有太大影响。
目-最常用,一般性用途:50目-切割速度比80目快一点,
(12)半径补偿值:随着水刀喷嘴及沙刀管的磨损,需
但表面稍粗糙。
要及时修正半径补偿值来保证工件的尺寸合格,方法是通
因是加工精度要求较高的玻璃,故选用120日,由于过测量上一工件加工后尺寸,算出与理论值的偏差来得到
国产石榴沙颗粒大小一致性较差,粉尘较多,加工中易造相应补偿值。
成堵沙,最终选用印度产的石榴沙。
机器内参数设置如图3
(4)磨料流量:使用厂家提供的孔径最小的计量碟,孔
径为0.154mm,可使沙的流量较小,减少沙的消耗量。
(5)喷嘴孔径:因红或蓝宝石喷嘴寿命较短(大约只有
50-100h),所以选用钻石喷嘴,其寿命可达800-2000h,孔
径为0.25mm
(6)沙刀管的选用:刀管就像步枪枪管那样加速沙料颗
粒,同喷嘴一样,刀管有许多不同的尺寸和使用寿命,刀管大
约长3英寸,直径14英す,内径范围为0500.06英寸,实验
中选用较小的0.030英寸,以便获得直径较小的水箭。
(7)靶距(刀管与工件间距):通常为0.010~0.200英
图3水刀机器参数设置
寸,间距较大时(大于0.080英寸)会导致工件切割边缘出4结果分析
现雾化,实际加工中发现如靶距过大较易导致层叠加工时
质量评估:加工完成