水射流技术@90,000PSI

作者：Elizabeth Engler Modic    来源：Aerospace Manufacturing and Design杂志

欢迎访问e展厅 展厅 9 焊接设备/切割机展厅 交流电焊机, 直流电焊机, 气体保护焊机, 埋弧焊机, 高频焊接机, ... 突破自动水射流系统的极限，创建零件到刀具的路径，并且轻松自如地切削难加工材料，这些正是i-Cubed Industry Innovators公司的标准作业程序。 与自动化相关的水射流切割和水射流清洗工程并不是什么新想法或新技术。 “可使用的传统水刀切割机有很多，它们的功能非常相似，像平板式切割，或者多投入一点钱的话还有转角切割的功能，但不是更多，”位于加拿大安大略省斯托尼克里克的i-Cubed公司总裁David Bunker陈述道。“我们关注的重点是水射流，所以我们要做的是建立水射流切割系统和与其相关联的自动控制。我们的工程师专注于精密6轴的集成和更高端的工作。i-Cubed独一无二之处在于，在我们关注的领域没有太多竞争对手。大家公平地分享着水射流和自动化集成的市场，但我们的实力是90,000psi，而其他的则是60,000 psi。” 除了i-Cubed的集成功能，另一方面该公司还向客户提供合同生产服务，从某种程度上满足了航空航天工业二级供应商的需求。然而，由于集成系统所带来的好处，这种合同制造服务对销售给潜在客户挺有用的。 i-Cubed公司销售和市场营销总监Tom Sturrup解释说：“我们真的用那方面的业务来加深客户的服务。如果你是一个潜在的水射流客户，并且您拜访了另一个系统集成商，他们展示的唯一设备是标准的切割机。然而，我们通过合同方面的业务为您提供的是专业的实时应用。如果一个潜在的客户来到我们跟前，他们手头通常会有一些问题，对我们的工程师来说是挑战。”至于我们的制造领域，一般在相对较短的工序下，我们就能够固定装置，设置刀具，或编好一个机器的程序，用我们的系统来精确地演示他们的零部件的加工。这是典型的打开了门路并说明了他们之间理论和实际上的差异——使其成为真实的，因此客户并不是投资于我们所说的能做什么，而是投资于事实已经证明我们可以做的事情。” 关于热点材料，范围也很广泛，涉及钛和Inconel合金铸件的粗加工，复合材料、不锈钢，甚至玻璃纤维含量为85％的制品的切割。 集成部件 正确工艺集成的应用挑战时刻萦绕在i-Cubed公司工程师的脑海里，所以他们从琳琅满目的产品中提供了符合他们客户严格要求的产品。 “软件、夹具、自动化，所谓自动化，我们指的是要送达加工单元或者来自加工单元的材料交付，我们处理好了这一切，不管是机器人、输送带，或者是两者的结合。” Bunker说道，“当我们整合标准软件时，如Mastercam（CNC软件公司，Tolland，CT），RobotMaster（位于加拿大魁北克省圣洛朗的Jabez Technologies公司），所有夹具都是定制的。当涉及到机器人的时候，我们可以通过与ABB、库卡、莫托曼和发那科等的合作来实现客户的要求。” 然而，Bunker继续解释道，集成的水射流泵能在90,000psi下运作，这使得他们的系统与市场上的其他系统不同。 “成为KMT水射流系统的集成商，使我们将超高压水射流泵和先进的切割喷嘴整合到了我们设计的系统里。与传统60,000 psi系统相比，在没有亲眼目睹以前人们不会明白的是使用KMT水射流流线型PRO2 125hp水泵，在90,000 psi切割时，不仅可提供两倍的功率，同时还能减少产品一半的切割时间，或者不到一半的时间，” Bunker说道。“除了压力减少了切削时间，当合适的组件和工艺整合到一起时，能准确而迅速地切割较厚材料也是一个优势。” KMT水射流泵采用双重90,000 psi的增压器，从根本上消除了90,000 psi下的压力下降，从而与较低的压力系统相比，得到了两倍的切割功率。 i-Cubed的工程师们可以通过另一半设施提供作品的一个例子是最近为飞机刹车组件切割的测试件。 “基本上来说，我们锻造了钛金属并且使其成型；通常是在60,000 psi下使用加砂水刀，零件将会在大约0.18ipm进行切割，因为这个工件有7英寸厚，” Bunker 解释道。然而，90,000 psi使我们的员工能够以0.50ipm的速度切割零件，与传统机加工相比，切割时间仅花了三分之一。总体而言，当他们需要8小时来完成零件切割时，我们仅需要三个小时。” 随着加工时间的减少，用标注时间的二分之一到三分之一完成一项作业，投资于一个集成水射流切割单元的正当理由就相对容易了。此外，Bunker还解释说，在90,000 psi下水射流切割所产生的废物与切割过程减少的数量相当，使得废物流对环境的影响也变少了。 从零件到刀具 “我们感到非常自豪的一个特别之处在于用我们的系统上的零件到刀具工艺来切割导流罩环和其他航空航天零部件。通过定制夹具，我们可以操纵零部件，来进行固定头切割。除了夹紧零件，然后把切割头移向零件外，这个切割过程提供了更精确的设置，”Bunker解释道。“通过精密的机器人编程，我们可以在每一个轴向上开展工作，因为我们可以旋转和切割正在成型的零部件的各个角落。” “此外，通过消除机器人的运动，我们正在逐渐缩小机器能切割的区域，因此我们减少了零件在接受多重切割时可能出现的错误。从本质上来说，刀具和机器人的反复移动所带来的累积误差被减少到几乎为零，这就是此流程提供的精度容差，”根据Bunker所述。 在切割扁平的材料时，更是如此。如果这个工艺过程是从刀具到零件，并且材料件的尺寸为10ft x 30ft，那机器人和刀具就需要在整个区域范围内移动，每一步都需要搬迁和操作，从而产生Bunker所提到的累积误差。 水射流和其他 据Bunker所说，标准的护罩环制造方法是典型的电火花线切割或激光切割，他并不讳言在此过程中利用水刀的好处是速度和成本。 “用水刀成型过程中能获得成本效益，但真正的优势在于不存在热影响区，而在EDM线切割和激光切割中确是存在的，”Bunker说道。“由于材料的热处理过程，用电火花加工或激光切割时常常会发生材料里最终又产生了一个再铸层的情况。现在，与EDM线切割相比，这在激光切割中更为常见，但这两个过程中都会发生。” “现在，在把零件焊到涡轮机上之前，需要切除再铸层，所以在生产过程中还有另外一个步骤，那就是研磨经电火花线切割或激光加工之后制品的最终外形。然而，在以90,000 psi水射流切割零件的情况下，已经是处于焊前准备的条件了，所以并不需要额外的步骤操作，并且可以直接进入涡轮机附件阶段，”Bunker说道。 一个很好的例子是，i-Cubed的工作人员被要求切割涡轮叶片上的测试护罩环，该叶片尾部很窄，小到0.040英寸。如果客户使用电火花加工或激光来切断涡轮叶片，他们将不得不进入那个狭窄的区域，去清除再铸层。认识到再铸层的去除几乎是不可能的以后，客户要求用水射流系统切割一个测试件，i-Cubed的工作人员欣然应允了。 “为了给下一步即组装做好准备，零件是在我们的一个系统上切割的，满足所有要求的公差，根本不需要修整，”Bunker指出。“这还只是我们的整合式90,000 psi水刀技术所能完成的加工的一个例子。在许多其他情况下，我们为客户做测试部件，从而减少循环时间和表面处理，以备随时组装。现如今，任何减少局部处理，并且能够加快成品制作的工作，对工厂来说都是意外的收获。” 存在的缺陷 “集成90,000 psi切割的好处之一是消除了三分之一的废物流。” Bunker说。关于废物流，Bunker解释说重复利用成本高昂，废物收集耗费时间，并且生产会受到影响，因为机器必须处于关闭状态。在90,000 psi切割，会为水射流切割带来的一个好处是速度可能会消除对磨料的需要，从而需要清洗的过程。 “有许多材料是用不掺添加剂的水切割的，如预浸渍的碳纤维材料、橡胶、塑料，以及含82％玻璃的玻璃纤维材料，” Bunker说。“以低于90,000 psi的水射流切割工艺来接触这些材料，将无法正常工作，所以我们真正完善了这门切割材料的艺术，切割中无需磨料，并且能以一个快速的方法来完成。” 其他应用 清洗/涂层的去除是在90,000 psi下，用水刀切割超出材料边缘的部分。据Bunker所说，喷气发动机的维修和保养正逐渐变得更常见，曾经涂覆的是陶瓷，但现在需要用金属涂层来替换。因此，考虑到燃料消耗，喷气发动机需要变得更高效，它们的发热量往往会更大，而且金属涂层在这些情况下可以起到更好的作用。 “我真切地感受到，这个领域在未来几年将会有巨大的增长，”Bunker说。“现在，另一个与涂层剥离不太相同的领域是涡轮机部件的铸造，其中用加砂水刀工艺对铸件进行切边，并用水射流工艺去除壳体。 “在我看来，考虑到90,000 psi水射流切割能够加强应用的所有方面，这个行业目前正处于真正起飞的边缘。一旦有一家大型企业真正朝这个方向发展，其他的就会迅速效仿，” Bunker总结道。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/5/2013)