本發(fā)明涉及一種用于液體射流切割的方法，所述方法如優(yōu)選應(yīng)用于切開固體材料。

背景技術(shù)：

長時(shí)間以來由現(xiàn)有技術(shù)已知用于液體射流切割固體材料的方法。在這里，優(yōu)選通過壓縮機(jī)單元將水壓縮到非常高的壓力，該壓力通常為幾千巴。然后液體流經(jīng)噴嘴，經(jīng)過排出開口排出，并且由此形成液體射流，該液體射流對準(zhǔn)要切開的材料。由于水的高速度和高動(dòng)量，水射流打碎了在液體射流區(qū)域中的材料并且由此切開所述材料。通過該方法可以切開固體材料，例如金屬、玻璃、塑料、木頭和類似材料。因?yàn)樗膲嚎s需要大量能量并且液體射流或者說水射流以連續(xù)波(dauerstrich)的形式運(yùn)行，該材料加工只能夠通過高功率實(shí)現(xiàn)，該功率在通常已知的設(shè)施中可能是幾十千瓦。相應(yīng)地，這種設(shè)施的運(yùn)行成本高，并且由于這種設(shè)施的大尺寸所需的占地面積也大。

為了改善水射流的作用，同樣已知的是，將磨料混入水射流中，該磨料由水夾帶并且以高能量撞擊到構(gòu)件表面上并且如此改善水射流的作用。但是由于磨料的混入進(jìn)一步提高了成本并且所消耗的水不能再輕易地引回到循環(huán)中，因?yàn)槟チ媳仨毷紫纫再M(fèi)事的方法過濾出并且導(dǎo)致在設(shè)施中增大的磨損。

由de102013201797a1已知一種用于液體射流切割的裝置，該裝置為了切開材料沒有使用連續(xù)的水射流，而是使用脈沖的水射流，在該脈沖的水射流中液體射流以有規(guī)律的間隔中斷。脈沖式液體射流尤其有以下優(yōu)點(diǎn)：相對較低的壓力對于切割設(shè)備是足夠的并且與已知的持續(xù)射流方法相比是特別明顯更高能效的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

與此相對地，根據(jù)本發(fā)明的用于液體射流切割的方法具有優(yōu)點(diǎn)，即確保有效率的和節(jié)省能量的切割方法，這附加地導(dǎo)致改善的切割棱邊，使得可以實(shí)現(xiàn)特別光滑的切割棱邊。為此，用于液體射流切割的所述方法具有壓縮機(jī)單元和噴嘴，該壓縮機(jī)單元壓縮液體來產(chǎn)生液體射流，該噴嘴與壓縮機(jī)單元連接。噴嘴具有排出開口和中斷器單元，被壓縮的液體以液體射流的形式經(jīng)過該排出開口排出，該中斷器單元可以中斷或釋放壓縮液體朝向排出開口的流動(dòng)。在此，實(shí)施如下方法步驟：液體通過壓縮機(jī)單元壓縮，將排出開口移到待加工工件處直到達(dá)到加工距離，液體射流通過中斷器單元交替地釋放和中斷，其中，噴嘴同時(shí)相對于工件沿加工方向運(yùn)動(dòng)。在這里，液體射流的脈沖持續(xù)時(shí)間小于1000μs。

通過液體射流的短的脈沖持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)如下效應(yīng)：撞擊到工件表面上的液體射流脈沖從工件表面剝落材料，所述材料通過液體射流的液體被沖走。隨后的液體射流不必再穿過已經(jīng)存在的液體來加工材料，而是得到其直接到工件表面上的路徑并且可以繼續(xù)進(jìn)一步的加工。根據(jù)工件而定并且根據(jù)其他運(yùn)行參數(shù)而定，如果一些顆粒沒有隨著加工液體沖走，而是保留在切割區(qū)域中，則工件的分離出的材料也可以導(dǎo)致切割效應(yīng)的增強(qiáng)。通過后面的液體射流脈沖，該材料被擠壓到工件中并且導(dǎo)致切割作用的增強(qiáng)，這類似于在已知的連續(xù)波液體射流切割中添加研磨劑。此外，脈沖式加載具有優(yōu)點(diǎn)，即在工件表面出現(xiàn)氣穴效應(yīng)，這進(jìn)一步增強(qiáng)了材料去除。

切割棱邊的質(zhì)量同樣通過根據(jù)本發(fā)明的方法得到改善，因?yàn)榧庸ひ后w不必再向一側(cè)逸出并且由此損壞切割棱邊。

在本發(fā)明的有利構(gòu)型中，脈沖持續(xù)時(shí)間為50到500μs，其中，液體射流通過中斷器單元以有利的方式開啟和關(guān)閉來周期性地產(chǎn)生液體脈沖。當(dāng)周期性地產(chǎn)生液體脈沖時(shí)，工件能夠以均勻的速度沿加工方向運(yùn)動(dòng)，從而在工件中產(chǎn)生切割線。

在另一有利構(gòu)型中，每秒產(chǎn)生在25和500個(gè)之間的液體脈沖，即液體脈沖以從25到500hz的頻率噴射到工件上。液體脈沖的頻率根據(jù)加工速度、即噴嘴相對于工件運(yùn)動(dòng)的速度，并且根據(jù)工件的厚度和材料特性調(diào)整。

在另一有利構(gòu)型中，在加工過程中噴嘴開口相對于工件表面的距離為0.5到2mm，優(yōu)選1到2mm。通過該距離確保工件的有效率的加工，而濺回的水不會導(dǎo)致噴嘴的損壞。

在另一有利構(gòu)型中，噴嘴相對于工件以10到1200mm/min的速度運(yùn)動(dòng)，其中，進(jìn)給速度取決于工件的厚度和工件的材料特性。

在另一有利構(gòu)型中，實(shí)施具有短的時(shí)間間隔的液體脈沖和以一時(shí)間間隔跟隨的液體脈沖組，該時(shí)間間隔大于各個(gè)組的液體脈沖的時(shí)間間隔。由此通過液體脈沖形成各個(gè)連射，這些連射在時(shí)間上相互間隔開，這在確定的材料中導(dǎo)致更好的加工和更整齊的切割棱邊。其原因也在于，相對于連續(xù)波加工來說加工液體不必向一側(cè)逸出。

在另一有利構(gòu)型中，噴嘴具有噴嘴體，該噴嘴體具有縱向孔，其中，縱向孔形成壓力室，壓縮液體被供應(yīng)到該壓力室中。中斷器單元通過在壓力室內(nèi)部可縱向運(yùn)動(dòng)地布置的噴嘴針形成，該噴嘴針通過其縱向運(yùn)動(dòng)開啟和關(guān)閉排出開口。通過例如由燃料高壓噴射已知的該噴嘴可以產(chǎn)生具有期望的持續(xù)時(shí)間和具有期望頻率的精確的液體脈沖。

其他優(yōu)點(diǎn)和有利構(gòu)型可以從說明書、附圖和權(quán)利要求中得出。

附圖說明

在附圖中為了圖示說明根據(jù)本發(fā)明的方法示出如下附圖：

圖1用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的液體射流切割方法的裝置的示意性示圖，

圖2用于液體射流切割的噴嘴的同樣的示意性示圖，和

圖3a、3b和3c同樣以示意性示圖示出液體射流的不同時(shí)間分布。

具體實(shí)施方式

在圖1中示出用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的液體射流切割方法的裝置。在箱1中暫時(shí)保持用于液體射流切割的液體、例如清潔的水，但是也可以考慮其他液體。所述液體由液體箱1通過管路2供應(yīng)給壓縮機(jī)單元3、例如高壓泵，在這里液體被壓縮并且通過高壓管路4輸送到高壓集流室5中，在這里壓縮液體被暫時(shí)保持。高壓集流室5用于平衡壓力波動(dòng)，以便能夠以恒定的高壓實(shí)施液體射流切割，而不必以短的時(shí)間間隔微調(diào)壓縮機(jī)單元3。壓力管路7從高壓集流室5通向噴嘴10，其中，噴嘴10具有中斷器單元8(這里呈二位二通閥的形式)和用于液體的呈變窄的通道形式的排出開口11，使得液體射流14從排出開口11中排出，該液體射流是清晰成束的并且在運(yùn)行過程中撞擊到工件15上，該工件以加工距離z相對于噴嘴10布置。

根據(jù)本發(fā)明的方法如下實(shí)施：高度壓縮的液體通過壓力管路7位于噴嘴10中，其中，中斷器單元8一開始是關(guān)閉的。為了產(chǎn)生脈沖式液體射流14，中斷器單元8以有規(guī)律的間隔關(guān)閉和開啟，使得脈沖式液體射流14經(jīng)過排出開口11排出，該液體射流撞擊到工件15的表面上。在液體撞擊在工件15上時(shí)，被擊中的區(qū)域被打碎并且碎塊通過流走的液體而沖掉。由此切開工件，其中，切割線通過工件15沿加工方向的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，其中，也可以設(shè)置，不使工件15運(yùn)動(dòng)，而使噴嘴10通過合適的裝置相對于工件15運(yùn)動(dòng)。

為此，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的噴嘴10和對應(yīng)的工件15的示意性視圖。在這里示出的噴嘴10具有噴嘴體12，孔13構(gòu)造在該噴嘴體中，噴嘴針18可縱向移動(dòng)地布置在該孔中。在孔13的壁和噴嘴針18之間構(gòu)造壓力室17，高度壓縮的液體通過壓力管路7供應(yīng)到該壓力室17中。噴嘴針18與噴嘴座20共同作用，使得在噴嘴針18貼靠在噴嘴座20上時(shí)壓力室17與噴射開口11分隔開，該噴射開口構(gòu)造為在噴嘴體10中的孔。如果噴嘴針18從噴嘴座20升起，則液體從壓力室17經(jīng)過排出開口11流出并且形成液體射流14，該液體射流撞擊到工件15上。

為了分割工件，噴嘴針18周期性地上下運(yùn)動(dòng)并且如此釋放液體射流14或者中斷兩次噴射之間的液體供應(yīng)。工件15沿加工方向22運(yùn)動(dòng)，其中，是工件運(yùn)動(dòng)還是噴嘴運(yùn)動(dòng)還是二者同時(shí)運(yùn)動(dòng)是不重要的。

在圖3a中示意性示出液體射流的時(shí)間分布，其中，在縱坐標(biāo)上是每單位時(shí)間排出的液體量q并且在橫坐標(biāo)上是時(shí)間t。通過開啟和關(guān)閉中斷器單元8，由噴嘴10周期性地噴出液體射流14，其中，各個(gè)脈沖具有時(shí)間tp，并且彼此的時(shí)間間隔是ta。如這里所示，脈沖可以周期性地相繼進(jìn)行并且全部相同地構(gòu)造或者也可以產(chǎn)生不同的脈沖，如在圖3b中示出的那樣，所述脈沖具有不同的持續(xù)時(shí)間tp1和tp3并且也具有不同的彼此的時(shí)間間隔。通過噴射脈沖的不同造型可以例如對改變的進(jìn)給速度做出反應(yīng)，即，在進(jìn)給速度降低的情況下產(chǎn)生與在大的進(jìn)給速度情況下相比每單位時(shí)間更少的脈沖。當(dāng)工件的厚度增加或者當(dāng)工件在加工長度上的強(qiáng)度改變時(shí)，同樣可以提高噴射脈沖的頻率。

液體脈沖tp的持續(xù)時(shí)間小于1000μs、優(yōu)選50到500μs，以便根據(jù)材料而定實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的切割棱邊。脈沖式液體射流切割特別好地適用于分割玻璃纖維或碳纖維板(cfk)或者金屬片、例如鋁片。剛好在加工cfk材料時(shí)，脈沖式液體射流切割提供了與持續(xù)射流液體射流切割相比明顯更光滑的切割棱邊的明確的優(yōu)點(diǎn)，即，碳纖維在切割棱邊的邊緣處的毛邊被盡可能地抑制。同時(shí)可以在切開cfk板時(shí)以最大20的因數(shù)關(guān)系降低能量使用。此外，較小的壓力對于脈沖的水射流切割就足夠了。液體以典型的2500巴的壓力被暫時(shí)保持在噴嘴12內(nèi)部，其中，壓力也可能提升到3000巴。相對于通常已知的連續(xù)波液體射流切割方法(其一般在直到6000巴的情況下工作)，該壓力明顯降低并且與相應(yīng)較少的能量消耗有關(guān)。

除了液體射流的周期性的接通和關(guān)斷之外也可能的是，將液體脈沖劃分成各個(gè)連射，這如在圖3c中示出的那樣。在這里，各兩個(gè)脈沖以短的時(shí)間間隔ta1相互跟隨，而直到下一個(gè)噴射脈沖經(jīng)過較長的持續(xù)時(shí)間ta2。也可以將多于兩個(gè)脈沖結(jié)合在一個(gè)連射中，使得產(chǎn)生噴射脈沖的各個(gè)組。這尤其在加工相對較厚的材料時(shí)是有利的。

噴嘴10相對于工件15的加工距離(在圖1和圖2以d標(biāo)明)優(yōu)選為0.5到2mm，特別優(yōu)選是1到2mm。在該加工距離d的情況下實(shí)現(xiàn)最佳效果，而不必考慮由于濺回的液體對噴嘴的損壞。

脈沖式液體射流切割在cfk材料的情況下尤其適用于具有厚度直到2mm的板，其中，液體射流的直徑為大約150μm。所使用的壓力為大約2400巴，其中，也能夠以較小的液體壓力工作。優(yōu)化的時(shí)鐘頻率為在1000μs或更少的脈沖持續(xù)時(shí)間的情況下大于40hz，其中，時(shí)鐘頻率必須與加工的進(jìn)給速度相協(xié)調(diào)，即，進(jìn)給速度越快，時(shí)鐘頻率必須越高。

液體射流為了實(shí)現(xiàn)液體脈沖而周期性地借助于中斷器單元中斷。但在本發(fā)明的上下文中概念“中斷”并不必然表明在噴嘴上的排出開口的完全關(guān)閉。也可以意味著，中斷器單元只是非常強(qiáng)地節(jié)制液體射流，但是在液體脈沖之間還排出一些具有小的壓力的液體。只有在節(jié)流足夠強(qiáng)的前提下，所述效應(yīng)才會實(shí)現(xiàn)。