水刀效率分析.doc

关于水切割设备效率和运行成本的分析报告
按照集团公司领导对工艺所上报的“关于水切割可行性分析报告”批示，现对水切割设备运行效率和运行成本进行分析。
1 效率分析
加工周边或加工孔时，加砂水刀比机械加工快，水刀加工的效率与所切割材料的机械性能和厚度有关，与坯料的加工余量无关。水刀切削厚度与时间的关系见表1
表1
切削材质
切削厚度
水刀走刀速度（mm/min）
每米所需时间（min）
钢板（中碳钢）
5
815
1.2
10
444
2.3
20
203
4.9
50
58
17.2
100
21
47.7
不锈钢
5
760
1.3
10
414
2.4
20
189
5.3
50
54
18.5
100
20
50

从上表可以看出，对厚度为100mm、切割长度为1000mm的中碳钢板所需时间为40～50分钟，如果采用机械加工的方法，用直径125刀盘铣削加工（毛坯余量为10mm），平均走刀速度200mm/min,所需的铣削时间加上辅助时间大约需要1.3小时以上。
2 运行成本分析
水切割设备的运行成本主要由喷嘴的损耗、刀管的损耗、高压泵的密封损耗、砂料的消耗、水的消耗等组成。
2.1 喷嘴的损耗
喷嘴材料一般为蓝宝石、红宝石、钻石三种，各有其独特属性。蓝宝石是现在最常用的喷嘴材料，它是人造单晶宝石，其寿命大约为50～100小时，在加砂水刀切割中，蓝宝石的寿命是纯水水刀切割的 1/2。通常情况下，蓝宝石喷嘴的价格在 150 ～ 300 元。红宝石喷嘴的寿命同样为50～100小时，但不适合纯水切割。钻石喷嘴的寿命为800～2000小时，但价格比蓝宝石贵10～20倍
2.2　砂管的损耗：
最高品质的陶瓷碳化物砂管可以提供 150 小时的切割时间，而直径只增加 0.020"。
2.3　高压泵的密封损耗：
增压泵上的高压密封的寿命大约 400 ～ 1200 小时；直接驱动泵的密封的寿命前大约200 ～ 600 小时。
2.4 砂料消耗：见表2　　　
表2
喷嘴规格（"）
单位时间用砂量（Kg/分钟）
0.010/0.030
0.41
0.014/0.040
0.64
0.018/0.050
1.134
砂料的成本在每千克 1.4 ～ 6.0元，取决于砂料型号。
2.5 水的消耗（见表3）：
表3
喷嘴规格
用水量（立方米/小时）
0.010"
0.11355
0.013"
0.186222
0.016"
0.281604

2.6水刀切割单位时间综合运行成本（见表4）：
表4
喷嘴规格
元/小时
备　　注
小喷嘴（0.010"～0.030"）
135
不含人工、设备折旧
大喷嘴（0.016"～0.040"）
238

一般情况下加砂水刀加工厂的服务收费为： 816～ 1650元/每小时。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　工艺研究所
2009-7-2

OMAX水刀切割设备现场考察报告
时间：2009.07.04～2009.7.07
地点：上海浦东金桥出口加工区优傲马水切割中心
水切割设备：OMAX2626　
　　　　　　定位精度：0.08
　　　　　　工作台尺寸：1016㎜×736㎜
X－Y轴行程：609㎜×609㎜
高压泵型号：P3055V
高压泵功率：30hp（马力）
高压泵输出压力:3800bar
被切割零件：（二重提供的筒体试验件）
　　　　　　外形尺寸：200㎜×200㎜×300㎜（毛坯）
　　　　　　材质：18MnD5
切割厚度：200
第一次参数选择：
可加工性：　83　（根据被切割材料的机械性能或牌号选取）
质量系数　　3
喷嘴直径：0.36㎜
砂管直径：　0.7㎜　
切割长度：40㎜
切割速度（设备自动形成）　1.68㎜/min
切割后质量评定：
切割深度0～90范围内光整平滑，表面粗糙度为Ra12.5～6.3，
切割深度90～200范围水剑扫尾严重，表面质量随切割深度逐渐变差。

第二次参数选择：
可加工性：　50　（根据被切割材料的机械性能或牌号选取）
质量系数　　3
喷嘴直径：0.36㎜
砂管直径：　0.7㎜　
切割长度：40㎜
切割速度（设备自动形成）　1.64㎜/min
切割后质量评定：
切割深度0～120范围内光整平滑，表面粗糙度为Ra12.5～6.3，
切割深度120～200范围水剑扫尾较严重，表面质量变差，最尾部位粗糙度仅为Ra50。
第三次参数选择：
可加工性：　40（根据被切割材料的机械性能或牌号选取）

质量系数　　3
喷嘴直径：0.36㎜
砂管直径：　0.7㎜　
切割长度：40㎜
切割速度（设备自动形成）　1.5㎜/min
切割后质量评定：
切割深度0～140范围内光整平滑，表面粗糙度为Ra12.5～6.3
切割深度140～200范围水剑扫尾较严重，表面质量随切割深度逐渐变差，最尾部位粗糙度仅为Ra50。
OMAX2626水切割的易损件寿命及价格：。
1 喷嘴：
寿命：100～150小时；　价格：300～400元/个
2 砂管：
寿命：120～150小时；　价格：1500～1800元/个
3 高压泵密封：
寿命：500～1000小时；　价格：5000元/套（进口）
4砂：　混合砂　（内蒙+连营港+邢义）　
价格：　　1400元/吨
两种典型材料切割的运行成本：
设备功率
被切材料
　价格　元/米
30hp
δ＝15不锈钢板
　9.6
30hp
δ＝5不锈钢板
　2.6
20hp
δ＝5不锈钢板
3.29

OMAX水刀切割设备现场考察综合评述：
一.美国OMAX公司是全球水切割设备制造商，主要生产有多种规格的龙门式和悬臂式水刀切割设备。OMAX2626是规格较小的机型，将其用于厚度尺寸为200㎜的试块切割属于“小马拉大车”，在切割过程，只有通过有若干次摸索，选择适当的切割参数，最突出的是大幅度降低切割速度，从切割效果来看能满足二重试块切割的要求。
二.OMAX水刀切割设备主要有以下特征：
1 结构紧凑，外形美观
2 稳定性好，故障率低
3 配有先进的“先算后动”控制软件，直接用户免费升级
4　可配置摇摆头自动调节水剑的偏转角度，实现动态切割。
5　有单泵（高压泵）和双泵并联两种配置，双泵并联两种的切割速度是单泵的切割速度高1.4～1.5倍　如果系统升级后还可提高切割速度15%～20%。
三　先型建议：
1　用于钢板下料和δ≤300板类零件精加工，建议选用2m×6m龙门式水切割机（配摇摆头），P4055V+4055V双泵并联（可单泵独立工作）
2　用于压力容器筒节取试和δ≤300板类零件精加工，建议选用1.5m×3m悬臂式水切割机（配摇摆头），P4055V+4055V双泵并联（可单泵独立工作）

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