达到Q5：优化水射流切削质量

　　【编者按】在水射流切削中，Q5代表世界最高质量标准，达到Q5标准的切削结果，无条纹，打磨的边缘相当光滑。

　　在水射流切削中，Q5代表世界最高质量标准（根据切口边缘条件而定）。达到Q5标准的切削结果，无条纹，打磨的边缘相当光滑。按照Q5标准切出的零部件，甚至都可以被您自豪地放在大堂里展示给众人观赏。 当然，加工时并不总是需要达到Q5标准，但一旦有必要向此目标努力时，需要考虑许多变量，比如从机器的设计、软件到适当的石榴石和孔板/喷嘴组合的选择。 虽然大多数水刀制造商将Q5视为最佳切削边缘质量的判断标准，但在有些供应商的心中，排序方式是反的。他们认为达到Q1标准的才是最佳的质量，达到Q5的质量最差。

　　要点一：购买合适的机器

　　如果您的加工需要必须实现非常小的公差，就需要在能够进行高精度维护的设计系统上投资。对于这些要求苛刻的应用，Jet Edge,Inc.公司的Bradley Schwartz建议采用一个桥型龙门系统。

　
　　“只有配备了以数码控制的快速通信系统的带有精密研磨滚珠丝杠（双端直驱）的桥型龙门，通过工厂的激光，才能保持长时间的高公差，” Schwartz指出：“低成本入门级的系统通常设有悬臂或齿条和齿轮设计，由一个直接驱动的泵或增压泵提供动力。这些都不是高精度的机器。”

　　绝大部分的水射流机可以实现计算机控制的锥度补偿性能，因为水刀退出零部件时的角度与进入时的角度完全不同，所以可防止锥度出现，生产出高质量的零件。

　　要点二：投资好的嵌套软件

　　Schwartz表示：在质量嵌套软件上投资,有助于优化切削边缘的质量，减少浪费，生产率最大化。

　　“关键是编入好的CAM软件的技术，”他说：“当几何图形变换时，相关的进给速度也必须变化。斜向进刀时，几何图形和进给速度都会逐步变化，嵌入喂料率也会随着这些变化而变动。生成几何图形时，不用专门设置这些参数，可以由软件自动添加。这对导入/导出非常重要，创建这些几何图形时，不包括这些小因素，它们通常是由软件自动添加的。这对材料的导出/导入区非常重要，因为划出的线条显示了从线到圆弧、圆弧到圆弧还有锋利的边角等参数。”

　　要点三：认真校准

　　要保持质量一致，需要定期由经验丰富的技师使用经认证的激光设备（比如雷尼绍伸缩球杆仪系统），将水射流切削机重新校准，以验证运动系统的公差。

　　Schwartz说：“比如，Pegasus Northwest公司一年会重新校准切削机几次。因为机器校准通常需要一个熟练技师，所以公司培训了自己内部技术人员来做这项工作，并投入了必需的设备"。

　　要点四：使用高质量的石榴石

　　优质石榴石对切削质量至关重要。Pegasus Northwest公司的Dennis Pavlov解释说：“采用业内最好的石榴石，使我们可以更快地切削，实现最佳的切削质量。”

　　“石榴石的质量，始终是关键要素，” Schwartz补充说：“一旦你习惯用某些等级的石榴石进行加工，换用别的，很容易产生流程变化等问题。”

　　金属成形商们通常使用两种类型的石榴石磨料水射流切削：碎石和冲积层。对于Q5切削，Schwartz建议使用碎的石榴石：“它们的边缘通常更锋利，能够切的更好更快。”

　　
　　Opta Minerals公司的Bill Meyerholtz解释了碎石和冲积石榴石的区别：“多角石榴石粒具有锋利的边缘，可以实现洁净的切削、更好的控制。通常，碎的石榴石边缘比扇状石榴石更锋利，因为将扇状石榴石加工后，边缘会变圆一些。加工过程包括：将巨大的石榴石外的水晶体剥落，再将这些石榴石块放到海砂或砂砾堆中”。

　　“选用合适大小的加工网格也很重要，”Meyerholtz继续说道：“网格的大小可以决定某些特定的石粒尺寸，有时可以决定一些特定产品中的平均颗粒尺寸。网格数较少，意味着加工出的颗粒会比较大，平均颗粒尺寸越精细，切削边缘就会越平滑，控制程度就会越精确。然而切削速度会较慢。较大的颗粒，切削速度更快。大多数加工车间都在努力尝试在切削速度和边缘质量间保持平衡。80#石榴石水刀砂，可较好地实现切削速度和边缘质量的结合。100#、120#的，切削更精准，但速度较慢。而50#的，切削较快，但边缘粗糙、缝隙较宽。”

　　Meyerholtz 提醒金属成形商在选择石榴石时要牢记生产成本。“寻找最佳的平衡组合，尽量减少总的生产成本，包括费用和额外工件精加工的切削。如果你能做到快速切削但需要对工件进行额外的边缘整理，就会增加整体成本。同样，用廉价的石榴石切削，又会损失时间和工作效率，这可不是将总生产成本降至最低的好办法。要全面实现切削控制、切削质量和生产率，最好使用优质、清洁的石榴石。”

　　“Almandite石榴石可同时实现高比重和硬度，”Meyerholtz继续说：“将切削能高效地施加到工件的表面。石榴石应该是干净的，即其他矿物的含量极低，没有粘土和其他的泥污。各种粒度混合比配应该是一致的，不会有过大的颗粒，堵塞喷嘴或饲料系统。产品应该是干燥、可自由流动的，可以顺利地通过喂料系统。”

　　Pavlov补充说：“正确的石榴石使用数量，也是合理削减预算的关键。”要是为某个客户做特定的切削，要确定正确的石榴石数量，需要就切削参数咨询制造商并做切削测试。

　　要点五：使用钻石孔板、监控喷嘴及混合室的运行情况
为保证一致的高质量切削，高质量的钻石孔板是水刀操作员的最好朋友。钻石技术公司（缩写为DTI）的Jessica Van Hatcher表示：与其他替代方案相比，钻石孔板有很多益处：耗材配件的使用更耐久，剪切速度更高，将减少金属成形商操作过程意外关机或中断的次数，降低报废率，改进切削边缘品质。

　　Pavlov表示：出于这些原因，Pegasus Northwest公司独家使用了钻石孔板，使其加工边缘质量远远超过竞争对手的水平，实现了公司对质量的承诺。

　　
　　“钻石孔板的耐用性比任何其他宝石都长，”他强调：“其他喷嘴（比如红宝石的），很容易偏离公差，”Van Hatcher表示：高质量的喷嘴对水刀车间的高质量运行至关重要。“水刀切削机的用户最好不要使用廉价、不可靠的喷嘴，那样其实就是拿他们的投资和公司声誉在冒险。”

　　Van Hatcher解释说：钻石的硬度，使它具有独特的切削边缘，与刚玉（常被称为红宝石、蓝宝石）等替代品完全不同。红宝石和蓝宝石是由相同的材料制成的，其中，微量的铬使红宝石显现出红色。

　　“因为钻石是地球上已知的最坚硬的材料，水刀操作员可以放心地使用钻石孔板。几百甚至上千小时后，其内部的几何形状都是始终如一的，切削结果也是可预测、高效率的，”Van Hatcher说。“刚玉制成的孔板会从内外部逐渐缓慢地被侵蚀掉，逐渐降低水射流切削水平，宝石本身也没法再用。此外，因为其原子性质，那种磨损模式和孔板的腐蚀程度是不可预测的。”

　　“不可预测，指的是在安装或重要切削的几秒中，很可能损坏孔板，”Van Hatcher说：“钻石孔板，使用户可以只管运行水刀系统，无需操心维护。”

　　当然，钻石孔板也不是完全相同的。Van Hatcher表示：“人们常会有误解，以为所有的钻石产品是同等质量的。实际上，质量差的钻石孔板通常有锋利的边缘，每个尖角的应力梯级各有不同。如果不消除掉的话，当积聚的应力超过了材料的粘结强度时，生产就会出问题。

　　过早失效，经常也是因为糟糕的安装工序和材料，Van Hatcher表示。

　　“要区分不同质量的钻石孔板，”她建议：“检查一下看看钻石周围是否有粉末合金烧结。在高压条件下，这种情况常会导致过早的侵蚀，导致密封泄漏、喷射流错位、喷嘴故障。钻石质量较差，会使进气火焰不稳，进气的形状为圆锥形。进气喷焰不稳，更容易产生问题，降低了喷气流的一致性，尤其是流动频率和切削精度。”

　　相反地，高质量的钻石会防止材料过早疲劳变形，因为与最高质量的安装流程和材料结合起来后，就能最大限度地降低应力的积聚。为使钻石孔板实现最长的寿命，Van Hatcher敦促水刀操作员利用钻石监控过滤器来收集碎屑，因为那些碎屑必须通过高压线路，影响孔板边缘。

　　购买钻石孔板，可增加切削速度、减少停机时间、消除报废的零部件和材料，甚至可以延长外围设备（比如昂贵的混合管）的使用寿命，减少对整个系统的磨损。

　　无论选择那种类型的孔板，金属成形商都必须认真监控孔板、喷嘴和混合室的情况。Schwartz说：“如果生产零件的进料速度低于100%，就要小心了。最好移除喷嘴和混合室、检查水射流的质量来确定一下孔板的质量，因为喷射流要通过切削头，通常认为喷嘴磨损的原因是射流在孔径处来回摩擦所致，因磨损而变圆。

　　“混合室磨损也很关键，” Schwartz继续说：“虽然孔板和喷嘴可能是新的，但如果混合室是磨损的，就会产生一个真空区，影响研磨率。我们需要将研磨率一直保持在最高峰（如图一）。Pavlov还建议水刀操作员在处理工作时一定要使用正确的孔板和喷嘴组合，具体怎么选，需要参阅制造商的切削参数。

　　要点六：正确选用夹具，避免喷雾

　　Pavlov提醒水刀操作员：要确保工件台上的切削材料安置适当。当夹持或称重时，要注意别把他们放在切削路径上，要考虑其切削程序中的位置。

　　为了保护材料免受雾气侵蚀，水刀操作员经常需要将工件材料放在一些不打算使用的材料（比如起皱的PVC）上面，而不是把它直接放在切削台的木条上。

　　要点七：按推荐的速度切削

　　较高质量的零件通常需要较低的切削速度，但是为了提高效率，车间通常要求以最快的速度实现最高的质量水平。要保证正确的速度，请咨询水刀制造商来推荐相应的切削参数。

　　“必须以适当的速度切削适当的材料厚度，” Pavlov建议：“比如，要在0.125英寸的铝材上实现Q5标准的切削，需要的切削速度是15到18英寸/分钟。

　　要点八：选择合适的水压

　　近年来，几个水刀设备厂商都引进了90,000 + PSI 水刀增压泵。在它们所产生的极端压力下切削，有许多好处，比如切削速度会增加50%，石榴石的消耗会降低40%，在某些情况下，可以稍微减少锥形的产生。

　　聪明的水刀操作员会按照制造商的切削参数，先做切削测试来确定最佳水压，在既定的应用条件下，将生产率和成本效益最大化。

　　要点九：维护机器

　　保持水射流切削系统良好的保养状况，对金属成形商实现成功的切削，非常重要。Pavlov提醒用户定期检查机器，防止泵和切削头处出现泄漏。

　　此外，Schwartz建议金属成形商们遵循机器制造商的维护规定，并充分利用这些制造商提供的免费维修培训等机会。

　　
　　要点十：测试零部件切削

　　“金属成形商会花时间做零件测试切削，特别是要制作一个新材料模型或需要新的厚度的时候，长远来说，这节省了不少时间和材料，”Schwartz说：“要切削零部件，测量，研究切削参数并做出正确决定，我们建议切削测试的零部件，需要显示切完的各个角度：里面的正方形、外角、内半径、外半径以及切口处，这样你就能从慢到快调整切削速度，实现较好的切口角度。”

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