利用磨料水射流技术切割抛光砖拼花制品

黝超鑫蘸蒸麟，蒸篇默期羹恻迹与淤备姗燕然藕攀燕理利用磨料水射流技术切割抛光砖拼花制品蔡祖光（湖南省湘潭市高新陶瓷机械厂，摘要本文阐述了磨料水射流切割技术的发展切割原理及低压磨料水射流切割机的工作原理主要结构并详细论述了低压磨料水射流切割机具有结构简单操作简便切缝质量好切割效率高材料利用率高，能对复杂图形实现智能化切割等优点，它是成品抛光砖，尤其是破损抛光砖切割成各具风格特色的拼花制品的*佳设备。

与同行们共同讨论。

箭台口抛光砖具有价格低廉色彩丰富平滑细腻及光亮如镜等特点，深受消费者的青睐。

随着人们生活水平及审美观念的提高，各具风格特色的拼花制品更是宾馆招待所会议厅办公室等公共场所及居民住宅等装饰的新时尚。

抛光砖属于脆性材料，在其生产过程中极易破损，通常在抛光砖的研磨抛光工序中破损率约左右，有时甚至高达如何将破损的抛光砖利用起来，变废为宝，将其切割成拼花砖所需的形状尺寸，一直是广大抛光砖生产厂家及陶瓷工作者共同关注的问题。

目前开发的磨料水射流切割技术具有操作简便切缝质量好形状尺寸误差小切割效率高材料利用率高能对复杂图形实现智能化切割及无粉尘无毒气体污染等特点，在拼花砖的切割过程中它将显示出得天独厚的优势。

近年来我国上海及广东佛山等地已先后将磨料水射流技术成功地应用到抛光砖的生产过程中，切割出令人满意的抛光砖拼花制品，取得了令人瞩目的成就。

为此，笔者根据本人在设计制造安装调试及操作使用低压磨料水射流切割机的亲身体会及国内外磨料水射流切割技术的应用现状等提出自己的观点，磨料水射流的发展过程早在20世纪60年代初，从高速飞行的飞机受到雨滴的侵蚀这一现象中得到启发美国英国意大利日本和前苏联等国家投人大量的人力和物力研究开发水射流技术，经过约年的潜心钻研，美国于年设计制造了世界上**台纯水射流切割机，将它应用到家俱制造行业中取得了前所未有的经济效益鉴于纯水射流的切割能力较差，仅适用于布匹木材塑料及橡胶等软质材料的切割。

这就促使人们去研究开发切割能力较大的磨料水射流切割机，经年的不懈努力，美国又于19 82年设计制造了磨料水射流切割机，它能切割各种金属非金属，尤其是玻璃陶瓷大理石混凝土及花岗岩等材料。

随后，英国及意大利也相继设计制造了磨料水射流切割机，我国也于年设计制造了磨料水射流切割机并于近年将其成功地应用到抛光砖的生产过程中，切割出各种风格特色的抛光砖拼花制品，提高了产品质量档次，市场竞争力强。

磨料水射流的切割原理流体的运动规律表明，从喷嘴以每秒几百米的高速喷出的磨料水射流通常处于紊流状态，紊流的显著特点是横向掺混，导致磨料水射流边界上的微细液滴与周围气体空气之间产生动量交换，从而把周围气体吸人到磨料水射流中去，并随同磨料水射流一起运动，促使磨料水射流的气体吸人量和横截面积沿射程的增大而增大，而射流速度则沿射程的增大而减小。

所以磨料水射流就形成了向周围扩散的锥体流动场如图所示显然，磨料水射流是由高速运动的含有气体及磨粒的水滴所组成的混合物。

由流体力学的相关知识可得，快速运动的磨料水射流具有极大的动能，当它接触到被切割材料时，磨料水射流的动能瞬间就会被切割材料吸收，具体表现为**是磨粒和水滴对被切割材料的冲击作用，第二是磨粒和水滴沿被切割材料表面的剪切破断作用即切削作用第三是磨料水射流中的气体对被切割材料的气蚀作用，在这三种作用的共同作用下，被切割材料得到破碎产生割缝，达到切割分离的目的具有极大的切割能力，通常磨料水射流的切割作业都是在磨料水射流的前区段完成的，被切割材料离喷出口的距离靶距通常为毫米左右，此时磨料水射流的射流速度及横截面积可近似认为与喷出口处分别相等，所以由式（得磨料水射流对被切割材料表面的冲击应力……

近似为内当忽略磨料水的压缩性时，可得磨料水射流喷出时的速度为式中：Q一磨料水射流的射流量，米秒一喷嘴孔径（直径米一圆周率将（）式代人（）式得磨料水射流对被切割材料表面的冲击应力几为二男微细液摘层边界才蓄圈空气中的磨料水射流的构造示意圈实践生产经验表明，利用磨料水射流技术切割玻璃陶瓷大理石混凝土及花岗岩等硬质材料时，其切割作用主要表现为对被切割材料表面的冲击破碎作用，当磨料水射流对被切割材料表面的冲击应力超过被切割材料的表面的抗压强度时，被切割材料将得到破碎产生割缝。

由流体力学可得磨料水射流喷出时的冲击力近似为内式中厂水的密度，公斤米阳磨料的密度，公斤米喷出口的横截面积，米一磨料水射流喷出口的速度，米秒由图可知，磨料水射流的前区段几乎没有什么发散，其磨料水射流能量密度*大，冲击力*大，由（式可知，磨料水射流作用在被切割材料表面的冲击应力主要取决于磨料水射流的流量及喷嘴孔径。

若采用一毫米的喷嘴时，可产生一兆帕的磨料水射流（原动机功率足够）。

实践生产经验表明，选用毫米的喷嘴采用so石榴石作磨料，可获得升分的磨料水射流量，即姗公斤米即洲公斤米二毫米及Q二升分代人（式得此磨料水射流对被切割材料表面的冲击应力氏二兆帕通常抛光砖表面的抗压强度为一因此，此磨料水射流对抛光砖表面的冲击应力……

是抛光砖表面抗压强度的一倍，毫无疑问，抛光砖将得到破碎而产生割缝，达到切割分离的目的。

由此可见，磨料水射流的切割原理就是利用压强为几十至几百兆帕的磨料水（高压水中掺人磨料，如碳化硅金刚砂石英砂及石榴石等经特殊设计的孔径极小的喷嘴，以每秒几百米的高速喷出所产生的冲击作用，剪切破断作用切削作用及气蚀作用来分割工件的。

低压磨料水射流切割机的工作原理墙地砖行业普遍应用的磨料水射流切割机通御州迹输鳅备黝黝缨缨掣耀羹缨撇耀翼黝嘿瞿粉蘸濒蒸蘸耀黯鳖醚獭常简称水切割机，也称水刀按磨料水压强的大小可大致区分为低压磨料水射流切割机和高压磨料水射流切割机。

显然，低压磨料水射流切割机工作压强一0兆帕），密封可靠，设计制造方便，结构简单，维修保养费用低，操作使用简便及生产成本低廉等，此外实践生产经验又表明，当原动机的输人功率一定时，在一定范围内，喷嘴孔径减小，磨料水压强增大，但磨料水射流的流量减小反之，喷嘴孔径增大，磨料水压强减少，磨料水射流的流量反而增大而磨料水射流对被切割材料表面的冲击应力……

二动群几乎目囚叫一尸四护矛保持不变。

即低压磨料水射流与高压磨料水射流（大于0兆帕）具有同等的切割能力，所以说低压磨料水射流切割机（50一0兆帕）是很有发展前途的水射流切割机。

侧俐召巨一一一一阀关闭，吸水阀开启，水就被吸进水腔随后柱塞返回时，水腔容积逐渐减小，压力增大迫使吸水阀关闭，排水阀开启，水得到加压后从排水阀排出若电机周而复始地旋转，柱塞将频繁地往复运动，通过压力调节阀的作用后，输出50一0兆帕的高压水。

高压水经过滤后，一部分流人储砂筒的顶部，另一部分流人底部的混砂管，显然储砂筒内的磨料在顶部高压水及磨料自重的双重作用下，通过储砂筒底部的砂量调节阀掺人到混砂管中去，磨料在混砂管内与高压水混合均匀并充分地进行动量交换后，以每秒几百米的高速从喷嘴喷出时具有极大的切割能力，*后通过交流伺服电动机驱动的二维数控运动系统带动喷嘴组件按给定的轨迹运动，加工出预期的任意形状的平板工件。

为了实现低压磨料水射流切割机的连续工作，实践生产中通常采用两个或多个储砂筒交替工作（也可同时工作），即一个储砂筒处于切割工作状态时，另一个储砂筒处于装料（磨料）备用状态，若储砂筒的容积及装砂工艺等选用适宜时，可使低压磨料水射流切割机处于无间歇的工作状态，提高切割效率。

值得注意的是，虽然低压磨料水射流切割机的工作压强较低（一但它仍属于超高压系统（大于兆帕其吸水阀及排水阀易于泄漏，为减小吸水阀和排水阀的泄漏及提高柱塞泵的容积效率等，通常选用开启压力较大的吸水阀和排水阀，因此水源需经水泵加压至兆帕左右后进人吸水阀，利于其增压至一的兆帕。

超高压发生装置高压表低压表过滤器给水截止阀储砂筒（蓄能器砂量调节阀混砂管砂水截止阀压力调节阀喷嘴集水箱水源怕来水）截止阀水泵电动机图叹招脚型超离压水射流切割机液压原理图所示为湖南省湘潭市高新陶瓷机械厂设计制造的型低压磨料水射流切割机的液压原理图。

其工作原理就是，电机经三角胶带图中未画出驱动曲柄连杆机构带动柱塞由右向左运动时，水腔容积逐渐增大，腔内压力减少排水低压磨料水射流切割机的主要构造图所示为湖南省湘潭市高新陶瓷机械厂设计制造的型低压磨料水射流切割机的主要构造示意图，它主要由超高压发生装置掺砂装置喷嘴组件喷枪驱动系统及集水箱等组成。

超高压发生装里低压磨料水射流切割机的超高压发生装置通常采用卧式三柱塞或卧式五柱塞泵，它具有结构瓢瓢撇濒撇黯黝黝鲡鹦靴朦耀撇绷嘿黝髓霏黝声，‘口沁寸卜一片。

一六一旧五争一一一~一一一集水箱纵导轨横导轨高压胶管掺砂装置楼梯高压胶管超高压发生装置挡水板喷嘴电气柜图仗旧阶型超高压水射流切割机结构示意图简单设计制造方便往复运动频率高输出流量一0小时。

大及操作方便等优点。。5割枪驱动系统掺砂装置掺砂装置属于超高压容器，储砂筒既是装砂（磨料）的容器，又兼蓄能器起稳定系统压力的作用，须由特种合金材料制作。

其关键部位掺砂组件的结构示意图如图所示，利用调节方便的螺旋机构控制掺砂量的多少，显然螺杆下移时，掺砂量增大反之，螺杆上移时，掺砂量减小。

虽然出砂嘴及螺杆顶部与快速运动的磨料（如碳化硅金刚砂石英砂及石榴石等频繁接触，极易磨损。

但通过选用金刚石蓝宝石红宝石及金属陶瓷等耐磨材料，其使用寿命可长达一仅刃小喷嘴组件图所示为低压磨料水射流切割机的喷嘴组件的结构示意图，因为高压水与磨料在混砂管内已混合均匀，并完成了动量交换，所以喷嘴的轴向尺寸可以做得很短，便于加工制造。

即使低压磨料水射流切割机的工作压强较低（一0兆帕但磨料水高速流经喷嘴时极易损坏喷嘴内孔表面，通过选用金刚石蓝宝石红宝石及金属陶瓷等耐磨材料制造喷嘴，其使用寿命也可长达采用交流伺服电机驱动二维数控运动系统带动割枪（喷嘴组件）按给定的轨迹运动，加工出切了一储砂筒四通密封件出砂嘴密封件调整垫螺母螺杆图掺砂组件结构示意图耀缨剩强暴履塾黔掣耀羲鄂婴黯酶耀羹蜷稽墨骥掣暑崛…

磨料水。

由下宜片豁撼翔挑图解落脚料水时流导流管锁紧螺母密封件喷嘴图喷嘴组件结构示意图割）预期的平面任意形状的工件。

集水箱集水箱是回收磨料水射流切割作业后的水和磨料的容器，它能吸收磨料水射流切割作业后的剩余能量消声及脱泡（磨料水射流中吸人空气，切割作业时形成气泡）等。

水经过滤及脱泡等处理后可循环利用，同样，磨料经凉干过筛等处理后也能重复使用多次，从而降低低压磨料水射流切割作业的操作使用成本。

由此可见，低压磨料水射流切割机具有结构简单密封可靠设计制造方便工作压强低切割质量好切割效率高操作使用简便维修费用低等，是利用成品抛光砖，尤其是破损抛光砖切割成拼花制品的理想设备。

低压磨料水射流切割的优越性利用低压磨料水射流技术切割抛光砖拼花制品时，首先需用以等绘图软件把整个拼花图案中的所有线条按比例作图，也可通过扫描仪把所需切割的拼花图案扫人电脑后直接转换成所需的拼花图形，拼花图形产生后，使用水刀绘图软件的编辑功能，把同类材质及色彩的图形集中在一起，并按材料*省原则排列这些图形然后利用水刀编程软件形成切割程序即可切割，*后把切割好的图形拼成原来的拼花图案，即得抛光砖拼花制品。

由此可见，利用低压磨料水射流切割技术制作抛光砖拼花制品与金刚石带锯及手工修磨等传统切割方法制作抛光砖拼花制品相比，具有无可比拟的优越性，具体表现在以下几方面。

切割效率高利用低压磨料水射流切割技术制作抛光砖拼花制品时，通过数控进给系统的自动控制功能，可以将拼花图案的任一点设置为起割点，因此，切割抛光砖拼花制品时编程具有很大的灵活性。

我们可根据拼花图案的大小复杂程度及抛光砖（成品或破损）的形状尺寸等设置*短的切割路线，提高切割效率。

同时低压磨料水射流切割每一条曲线时，起割时打开磨料水，结束时关闭磨料水，然后立即移置下一起割点，它特别适用于加工线条较多且线条之间又不连续的拼花图案，无需预先打孔，简化加工工艺，提高了切割效率。。6切缝质t好低压磨料水射流切割时，通过数控系统的自动控制功能精确地带动割枪运动，切割出形状尺寸误差小割缝仅毫米左右的抛光砖拼花制品，且断面平整光洁，无毛刺，挂渣崩角及塌边等缺材料利用率高抛光砖属于脆性材料，采用金刚石带锯及手工修磨等传统切割方法切割时，抛光砖易于破损而浪费。

利用低压磨料水射流切割时，通过电脑将切割图形按材料*省原则排列，然后编程切割，切割时割枪与工件不会接触，不会损坏抛光砖等拼花制品，且割缝仅毫米左右，能大大提高材料的利用率，降低生产成本。。6通用性强通过选用适宜的切割参数，如切割速度磨料水射流的流量或工作压强及掺砂量的多少等可以切割几乎所有的材料，无需更换喷嘴，通用性特别强。

无需夹具及装夹等辅助时间低压磨料水射流是湿态高能量冷切割，割枪与工件不会接触，工件不会移动，无需夹具及装夹等辅助时间。。6无环境污染低压磨料水射流属于湿态高能量冷切割，不会产生有毒气体及粉尘等污染。

同时完成切割作业后的水和磨料经集水箱收集后，水经过滤及脱泡等净化处理后可循环使用同样，磨料经凉干过筛等处理后也可重复多次使用，不会污染环境。

简单设计制造方便密封可靠切缝质量好切割效率高材料利用率高操作使用简便维修方便，能对复杂图形实现智能化切割及无毒气体无粉尘污染等，它是成品抛光砖尤其是破损抛光砖切割成各具风格特色抛光砖拼花制品的理想设备。

参考文献结束语综上所述，低压磨料水射流切割机具有结构梁桂芳。

切割技术手册。

机械工业出版社，卯仍周漠仁。

流体力学泵与风机。

中国建筑工业出版社，19吕冬小洲曰洲曰洲曰洲曰。

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十一十一十飞丰上箱硅所用沉簇法翻肠纳米里合自邀英国发明取吸陶充地毯氧化铝陶瓷是一种应用广泛的材料，但由于烧结时易发生异常晶粒长大，力学性能差，所以其应用受到限制。

中科院上海硅所采用沉淀法，制备含有及硫化硅的氧化铝陶瓷。

试验结果表明，这种用沉淀法制备的纳米复合陶瓷，颗粒均匀分布于从飞基体晶粒内纳米颗粒能阻碍晶界移动，提高烧结温度能抑制几晶粒生长，使基本晶粒变小且尺寸分布均匀能使从伪的断裂方式由沿晶断裂为主转变为穿晶断裂为主，有利于力学性能的提高。

摘自陶城报英国休伊特耐火材料公司*近展示一种完全柔性的名叫马毯炉的楼面材料，它是一种可以像地毯卷起来的厚的陶瓷垫子。

这种材料通电后就可加热，是一种*好的放射热量的元件。

铺设时不需要混凝土，其热t散布比埋在地坪里的散热管或散热导线还好。

这种地面取暖铺热适用于操场跑道活动房屋等使用。

摘自信息时报陶瓷信息寮紊央安寮农央兴衣来决寮索紊安寮辛寮寨紊米紊寮来米来寮米来米来丧来米兴来紊寮带~卜一十。州卜一州卜。斗。一州卜，州卜。州卜。叫卜。叫卜。州卜。 卜一十。州卜。州卜。

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