如何通过水刀速度提高切割效率

水刀技术的好处

在过去的20年中，水刀技术一直是世界上增长最快的非传统机床工艺之一。在1970年代初期，开发了纯水喷射切割系统来切割软性材料，例如瓦楞纸板，垫片，塑料，纸张和泡沫。后来，研磨水刀进入现场，开始用于切割坚硬的材料，例如金属，石材，复合材料，玻璃和陶瓷。快速接受水刀技术的原因很多。这是一种冷切割工艺，几乎可以切割任何材料而不会增加热量或压力，并且非常容易安装和操作。这些优势使制造商甚至可以为最艰难的项目快速生产小批量或大批量的零件。

高压与常压

首次引入超高压（UHP）水刀时，压力在36,000 psi范围内。此后的每十年，压力都在增加，到1980年代末达到55,000 psi，并在1990年代中期达到目前的60,000 psi标准。2004年，将额定值为94,000 psi的HyperJet泵引入标准制造环境。这一突破开始了使用水刀切割高压的时代。高压定义为压力等于或大于75,000 psi。实际上，在进行水刀切割时，实际上是水流中的磨料颗粒腐蚀了材料并进行了分离切割。水是研磨促进剂。较高的压力会增加其中所含磨料颗粒的动能。水和磨料颗粒运动更快，喷嘴直径变小，并且喷嘴的功率密度和效率增加。

时间

制造商很快发现，与在约60,000 psi下运行的其他泵相比，高压泵显着提高了生产率。就像增加瓦数可以提高CO2激光切割的生产率一样，增加压力也可以显着提高喷水生产率。但是，除了提高压力的方法外，还尝试了许多其他方法来提高生产率：增加马力，运行多个刀头，使用腐蚀性极强的磨料并优化刀具路径，仅举几例。其中，唯一实现的改进是刀具路径的优化。如今，先进的水刀机床对刀具路径进行了优化，可以加快直线速度，降低紧密几何形状的速度，以控制由于流滞而导致的成品零件异常，并缩短零件周期时间。甚至更先进的系统也具有锥度补偿功能，其中铰接的手腕使头部略微倾斜以补偿由水刀切割产生的自然产生的V形锥度。由于多种原因，其他尝试并未提高效率。增加马力可以更快地削减速度，但需要按比例增加磨料，导致成本上升。添加刀头可以在刀头之间分配功率，对吞吐率几乎没有影响，并且要求操作员确保两者的切割精度完全相同。由于磨料成本高，并且混合管喷嘴的快速腐蚀（快5到10倍），使用更具腐蚀性的磨料会增加运营成本。

压力=生产率

升高压力可以提高效率。压力增加可加快切割速度，并降低每英寸成本。在60,000 psi下，石榴石磨料占机器运行成本的一半以上。以87,000 psi的压力连续运行，磨料成本降至不到一半。穿孔时间-钻孔的时间-也大大减少了。周期时间越短，意味着每小时生产的零件越多，每天完成的工作就越多。固定成本（例如建筑空间，管理费用和设备折旧）可以更快地得到覆盖，从而增加了盈利能力。由于较小的料流直径，较高的压力还可以实现更大的切割细节。新型泵采用附带的特殊高速压力加载工具，可进行快速，简便的维护，因此维护更加容易。来自水刀流的更多能量集中在较小的区域上，从而使磨料颗粒更有效。换句话说，每个磨料颗粒执行更多的侵蚀。Flow的第一台商用喷水增压器，压力为30,000 psi，1972年生产的高压™泵额定压力为94,000 psi高压水刀是高产量环境以及需要快速周转的理想选择。它也是需要精密零件的应用的理想之选，因为直径减小25％的流可实现更复杂的内角切削（通常小至0.015英寸半径）。

速度问题

由于喷射速度，压力等于生产率和效率。为什么会这样？随着压力的升高，流的速度增加。一旦水流离开孔口，一切都与速度有关。水射流离开切割头后就没有压力了。水中的压力已经转化为速度退出喷水孔。更快，更小的喷水流意味着磨料颗粒运动得更快，携带更多的动量并能更积极地清除更多的材料。每个切割长度使用较少的磨料，因为每个晶粒都会腐蚀更多的材料。目的是使磨料尽可能快地移动。流速是效率的关键。使喷水流更快的唯一方法是增加压力，而不是通过增加马力。这似乎违反直觉，但这是事实。每个泵都有一个最大的工作压力，因此，要获得高速流的好处，您必须拥有一个设计成可以在更高压力下工作的泵。在50hp下运行的60,000 psi泵的磨耗与在100 hp下运行的高压 87,000 psi泵的磨耗相同。区别在于，使用高压泵时，料流-以及因此的研磨剂-流动得更快，并以大约两倍于速度。这意味着石榴石的使用（主要的成本驱动因素）每分钟减少一半，甚至每英寸减少一半，这使得高压系统比低压泵更有效。如果我们要保持恒定的马力，高压泵将使用近一半的磨料，并以60,000 psi的系统进行切割，切割速度稍快-效率再次得到了显着提高。

零件成本，拥有成本

额定压力为94,000 psi的泵以87,000 psi的压力连续运行，应该比低压泵提供更高的收益。高压提供了更有效的切割，而效率的提高直接与降低零件成本有关。零件从机器上脱下来的速度更快，并且每次切割所用的磨料少得多。与60,000 psi增压器或旋转直接驱动泵相比，高压泵实际上是最容易维护且维护最快的事实。高压泵密封件包含在易于处理的密封件支架内。压力加载工具不仅可以快速打开泵，还可以确保在重新组装时正确对准。先进的材料，万无一失的设计以及完整的诊断传感器阵列，可根据预防性维护计划进行维护，从而最大程度地延长了正常运行时间，从而简化了服务计划。维护间隔的这种可预测性使高压泵的所有者经常选择使用OEM服务合同进行维护。如今，由于难以找到合格的维护人员，最大限度地延长设备的正常运行时间和省心，因此越来越多的制造厂将机器维护外包。

水刀的未来

在整个水刀技术的历史中，压力一直在稳步上升。预计这种趋势将在未来五到十年内随着泵压力的增加25-30％持续下去。水射流的速度将相应提高，从而进一步提高切割效率。在旨在提高生产率和降低生产率的系统中也将有明显的分歧。压力将在这一分裂中扮演重要角色。由于80％的制造商需要更高的生产率（更重要的是效率）来保持竞争力，因此高压系统的扩散将继续增长。