利用研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流技术切割石材效率高切割噪声低无粉尘污染
生产厂家：天津瑞达抛光研磨喷砂磨料磨具厂家发布时间：2017-05-19
利用研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流技术切割石材，具有加工效率高、切割噪声低、无粉尘污染、石材切缝窄、加工表面质量好、易实现微机自动控制等特点。同时可以方便地切割加工不同硬度、不同厚度的石材，特别是对于形状复杂的异形石材加工更具有优越性。我们利用国外引进的水射流加工设备，对石材切割工艺参数及其对切割深度的影响进行了实验和分析。
2实验条件及方法
本实验在高压水切割机上进行，其水射流切割机的外观如图1所示。切割时水射流的压力、流量、切割速度等参数由微机系统自动控制。切13的深度用刻度探针和游标卡尺沿切1：3每隔5毫米测量一次，取其平均值作为测量的切割深度。实验选择了加研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流和纯水射流两种方式。
加研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流切割石材．其研磨抛光水刀金刚砂磨料要先在烘干箱中进行干燥处理，以利于研磨抛光水刀金刚砂磨料的自由流动。研磨抛光水刀金刚砂磨料的加入方式采取后混合式。实验技术参数如下：
最大压力：400 MPa
切割速度：0～30 m/h
最大流量：4．8 L／min
最大功率：55 kW
喷嘴材料：蓝宝石
高压水喷嘴直径：0．3 mm
研磨抛光水刀金刚砂磨料喷嘴直径：1.1 mm
研磨抛光水刀金刚砂磨料莫氏硬度：7．9～9
研磨抛光水刀金刚砂磨料粒度：80目
研磨抛光水刀金刚砂磨料密度：3．9—4．1 g／cm3
3实验结果及分析
天津瑞达鑫华抛磨材料有限公司-www.tjrdxh.com-电话13702198229-抛光磨料喷砂磨料研磨抛光材料介绍
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3 1研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流切割石材机理分析
研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流切割石材原理如图2所示。当高压水射流进入混合室时，其流速可达到音速的2—3倍左右，在研磨抛光水刀金刚砂磨料入口处产生很大的负压，抽吸来自研磨抛光水刀金刚砂磨料仓中的石榴石研磨抛光水刀金刚砂磨料。石榴石在水射流的作用下产生较大的冲击能量，经研磨抛光水刀金刚砂磨料喷嘴射出对被加工石材表面产生很大的冲击力。由流体力学可知，冲击强度与射流速度的平方成正比。当这种冲击强度达到和超过石材的抗压强度极限时．在射流冲击处形成粉末状的石材切屑。沿着研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流喷嘴的运动方向，在石材上形成切口。
3．2石材切口表面形貌分析
研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流切割的花岗岩石切口形貌见图4，其切口表面光泽整齐，没有裂纹．切割质量较好。石榴石研磨抛光水刀金刚砂磨料如图3所示。切割过程中．带有一定棱角的石榴石在水射流的冲击下，形成了连续不断的微切割刃。对石材产生一定的切削作用。石榴石作为一种切割介质，其密度增大．冲击强度增大．切割能力随之增大。
图5是纯水射流切割的花岗岩石切口形貌。加工时，卸掉图2中的混合室，水射流直接从蓝宝石喷嘴中射出。当压力为200 MPa时，在水射流的冲击下使石材表面形成了不规则的崩裂碎屑，且其切削深度较浅，难以切透石材。当压力为280 MPa时，在石材表面上形成较规则的切口，但其表面粗糙、在切口侧面有微裂纹产生。纯高压水射流只能产生冲击破坏而没有研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流的切割作用。
一般大理石的抗压强度为70～110 MPa，花岗岩石的抗压强度为120～250 MPa。由于大理石的抗压强度较低，所以用高压水射流切割大理石比切割花岗岩石所需的压力要低。
图6为纯水射流切割大理石切口表面的电镜照片。从切口的电镜扫描照片可看到，切口侧面有许多微裂纹产生。这说明高压水射流除对石材表面产生垂直冲击压力外，对其切口侧面还会产生剪切分力，从而导致切口形成不规则形状，并伴有冲蚀裂纹产生。
实验证明：研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流加工石材质量好，工艺参数易于控制，是一种好的石材加工方法。同时采用研磨抛光水刀金刚砂磨料水切割可以降低水射流系统压力。降低设备制造成本。
3．3压力对切割深度的影响及分析
研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流切割石材时，由于研磨抛光水刀金刚砂磨料水在喷嘴处的流速较高．对石材形成的冲击力较大，所以可获得较大的切割深度。由流体力学可知．速度与压力的平方根成正比，因此压力的变化将直接影响石材的切割深度。
图7是压力与切割深度的关系曲线。当研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流的压力增加时，其流速也将随之增加，从而使研磨抛光水刀金刚砂磨料的冲击动能增大．石材切割深度增大。所以在石材加工时，对不同硬度、不同厚度的石材，要选择不同的压力，可以有效地提高切割效率和表面质量。
3．4喷嘴移动速度对切割深度的影响
图8所示是喷嘴移动速度与切割深度的关系曲线，通过对曲线的变化关系分析可知，随喷嘴移动速度的增加。石材的切割深度降低。这是由于喷嘴移动速度增大。会使研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流对石材的垂直作用力减小，水平方向分力增大．致使切割深度减小，同时切口表面呈不规则的崩碎状。当喷嘴的移动速度达到30 m/h时，研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流对石材的垂直切割能力大为减弱，而水平方向的剪切应力增大．从而失去了垂直方向的切割能力，在切口表面产生很大的横向冲击力，使切口处形成较大的崩碎裂纹，导致切割深度降低，切口表面质量下降。
3．5切割靶距对切割深度的影响
研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流喷嘴靶距的变化．将直接影响射流的集束性和切割冲击力。切割石材时合理地选择靶距，可以提高切割效率。图9是靶距与切割深度的关系曲线。随喷嘴靶距的增大．研磨抛光水刀金刚砂磨料射流水的集束性逐渐降低，使研磨抛光水刀金刚砂磨料的冲击动能降低，其对石材表面的冲击力也随之减弱，所以切割深度随之减小。
4结论
1)研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流切割石材的切口表面质量比纯水射流要好。
2)喷嘴移动速度增大，研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流切割能力降低。喷嘴靶距增大，研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流集束性降低，切割能力降低。所以应选择合理的切割速度和靶距以提高切割效率。
3)研磨抛光水刀金刚砂磨料水射流适于切割高硬高的石材，高压水射流适于切割中软硬度的石材。
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