Los principios, características y diferencias entre el corte por chorro de agua y el procesamiento por láser
"Las gotas de agua penetran en la piedra" refleja el poder potencial del agua en los ojos de las personas. Sin embargo, como tecnología de procesamiento independiente y completa, el chorro de agua a alta presión y el chorro de agua abrasivo solo se produjeron en los últimos 30 años. El uso de agua a alta presión para la producción popular comenzó en la década de 1970, cuando se utilizaba para extraer oro y pelar la corteza de los árboles. Hasta la Segunda Guerra Mundial, la cabina del radar sufría corrosión por la lluvia durante las operaciones de los aviones. No fue hasta la década de 1950 que la posibilidad del corte con chorro de agua a alta presión se originó en la Unión Soviética, pero la primera patente para la tecnología de corte la obtuvo en los Estados Unidos en 1968 el Dr. Norman Franz, profesor forestal de la Universidad de Misuri. En los últimos diez años, la tecnología y los equipos de corte por chorro de agua (WJ, AWJ) han logrado grandes avances y sus aplicaciones cubren todos los aspectos de la producción industrial y la vida de las personas. Muchas universidades, empresas y fábricas compiten por la investigación y el desarrollo, y constantemente surgen nuevas ideas, teorías y tecnologías, generando un impulso para ponerse al día. En la actualidad, se han utilizado más de 3.000 equipos de corte por chorro de agua en docenas de industrias en docenas de países, especialmente en campos técnicos de alta tecnología, sofisticados y difíciles, como la aeroespacial, la construcción naval, la industria militar y la energía nuclear. Puede cortar más de 500 materiales y su equipo tiene una tasa de crecimiento anual de más del 20%.
2. La composición del sistema de procesamiento por chorro de agua a alta presión y el principio de presurización.
El principio básico del chorro de agua a alta presión es: utilizando el principio de presurización del líquido, la energía mecánica de la fuente de energía (motor) se convierte en energía de presión a través de un dispositivo específico (puerto de presurización o puerto de alta presión). bomba de presión). La energía de la presión es muy grande. El agua pasa a través de una boquilla con un orificio pequeño (otro dispositivo de conversión de energía) y luego convierte la energía de la presión en energía cinética, formando así un chorro de alta velocidad (wj). Por eso a menudo se le llama chorro de agua de alta velocidad.
Como se muestra en la Figura 1, el sistema de chorro de agua a alta presión consta principalmente de un sistema de refuerzo, un sistema de suministro de agua, un sistema de refuerzo y presión constante, un sistema de tubería de boquilla, un sistema de banco de trabajo CNC, un sistema de recolección de agua y un sistema de tratamiento de circulación de agua. El aceite de baja presión (10 ~ 30 MPa) en el sistema hidráulico empuja el pistón grande hacia adelante y hacia atrás, y su dirección es controlada automáticamente por la válvula de inversión. El sistema de suministro de agua primero purifica el agua y agrega aditivos antioxidantes, etc. , y luego la bomba de suministro de agua bombea el agua de baja presión y ingresa al cilindro de alta presión desde la válvula unidireccional. El sistema sobrealimentado de presión constante consta de un sobrealimentador y un acumulador. El principio del sobrealimentador para obtener alta presión se muestra en la Figura 2, que se logra utilizando la diferencia de área entre el pistón grande y el pistón pequeño. Teóricamente, aceite P grande = agua P pequeña y agua P = aceite P grande/pequeña. La relación de impulso es la relación entre el área del pistón grande y el pistón pequeño, generalmente 10: 1 ~ 25. Debido a que la relación de compresión del agua alcanza el 12 % a 400 mpa, el vástago del pistón no producirá agua a alta presión hasta que haya pasado un octavo de la carrera completa. Cuando el pistón llega al final de su carrera, la válvula de inversión cambia automáticamente la dirección del recorrido del aceite (como lo muestra la flecha punteada en la figura), empujando así al pistón grande a viajar en la dirección opuesta. El otro extremo emite agua a alta presión. Si esta agua a alta presión se envía directamente a la boquilla, la presión de inyección de la boquilla será pulsante (línea discontinua en la Figura 3) y esto hará oscilar el sistema de tuberías periódicamente. Para obtener un chorro de agua estable a alta presión, a menudo se instala un dispositivo de almacenamiento de energía (presión constante) entre el sobrealimentador y el circuito de la boquilla para eliminar las pulsaciones de presión del agua y lograr una presión constante. La pulsación a menudo se puede controlar dentro del 5% (. Figura 3 línea continua).
Mecanismo de corte y corte
El chorro de alta velocidad en sí tiene una alta rigidez y, cuando choca con el objetivo, producirá una presión dinámica de impacto extremadamente alta (p = ρvc) y la formación de vórtice. Desde una perspectiva microscópica, en relación con la velocidad promedio del chorro, hay áreas de velocidad ultra alta y áreas de baja velocidad (a veces valores negativos). Por lo tanto, aunque el chorro de agua a alta presión es un modelo cilíndrico en la superficie, los hay. en realidad partes de alta y baja rigidez en el interior. Alta rigidez. La presión dinámica del impacto parcialmente generada reduce el tiempo de propagación y aumenta la intensidad del impacto. Macroscópicamente, actúa como una cuña rápida y la parte de baja rigidez forma un espacio flexible con respecto a la parte de alta rigidez, que desempeña el papel de absorción y eliminación de viruta. La combinación de los dos parece hacer que funcione como una "sierra" axial al cortar material.
El proceso de destrucción de materiales mediante chorro de agua a alta velocidad es un proceso de fractura dinámica, y los materiales frágiles (como las rocas) se destruyen y diseminan principalmente mediante grietas. Para materiales plásticos, cumple con el criterio de fractura instantánea de tensión de tracción máxima, es decir, una vez que la tensión de tracción normal en un cierto punto del material alcanza o excede un cierto valor crítico σy, el punto se fracturará.
Según la mecánica elástico-plástica, la resistencia a la fractura dinámica es aproximadamente un orden de magnitud mayor que la resistencia a la fractura estática. Esto se debe principalmente a que el tiempo de acción de la tensión dinámica es corto y las grietas en el material no tienen tiempo para desarrollarse. no sólo relacionado con la tensión, sino también con el tiempo de acción de la tensión de tracción.
4. Ámbito de aplicación del corte por chorro de agua a alta presión
El corte por chorro de agua a alta presión utiliza chorros de alta velocidad y energía cinética para el corte (a veces llamados chorro de agua de alta velocidad). procesamiento). Es similar al láser, los rayos de iones y los rayos de electrones también pertenecen a la categoría de procesamiento de rayos de alta energía. Como tecnología de alta tecnología, el corte por chorro de agua a alta presión es una revolución en el campo del corte y tiene perspectivas de aplicación muy amplias. A medida que la tecnología madura y se superan algunas limitaciones, es el complemento perfecto para otras tecnologías de corte. En la actualidad, sus usos y ventajas se reflejan principalmente en materiales difíciles de mecanizar, como cerámica, carburo cementado, acero de alta velocidad, acero para moldes, acero templado, hierro fundido blanco, aleación de tungsteno-molibdeno-cobalto, resistentes al calor. aleación, aleación de titanio, aleación resistente a la corrosión, materiales compuestos (FRM, FRP, etc.), cerámica calcinada, acero de alta velocidad (por debajo de HRC30), acero inoxidable, acero con alto contenido de manganeso, acero para moldes y acero martensítico (HRC y 30), hierro fundido con alto contenido de silicio, hierro fundido maleable y otros materiales de ingeniería general, agua a alta presión Además de cortar, el chorro también puede limpiar, romper, hacer rugosa la superficie y fortalecer al reducir ligeramente la presión o aumentar la distancia objetivo y el caudal. En Estados Unidos, casi todos los fabricantes de automóviles y aviones tienen aplicaciones. Se ha utilizado con éxito en las siguientes industrias: fabricación y reparación de automóviles, aeroespacial, mecanizado, defensa nacional, industria militar, armas, electrónica y electricidad, petróleo, minería, industria ligera, materiales de construcción, industria nuclear, industria química, construcción naval, alimentación. , médico, forestal, agrícola, ingeniería municipal, etc.
2. El corte por láser utiliza un rayo láser de densidad de alta potencia para escanear la superficie del material, calentar el material a miles o decenas de miles de grados Celsius en muy poco tiempo, fundir o vaporizar el material. y luego use gas a alta presión para cortar el material. El material derretido o vaporizado se elimina de la hendidura para lograr el propósito de cortar el material.