图1  该公司的一台水射流切割机，正在切割厚度为2.25in的钛金属板材，并且加工这样一个航空工业的特殊工件只需6h

由MC公司提供的两台三菱水射流切割机，配有一台来自KMT公司的高压水泵，其功率为125hp，压力高达90000psi，从而使该制造商能够更快、更精确地切割更厚的材料。

Midwest Precision公司总裁Brian Miller先生说，该公司最古老的水射流切割机被人们亲切地称为“怪物”，但仍然能够做一些令人印象深刻的工作。总结过去近20年的发展历程，这种切割机体现了该公司在使用水射流切割技术为客户们加工零件方面所传承下来的特殊经验，以及这一技术发展的历史进程。2010年底，这一“怪物”终于达到了其潜能的高峰期。虽然该切割机将继续发挥其有效的作用，但为了使切割速度和加工精度能够满足日益增长的需求，Midwest Precision公司必须使用全新的设备。由此提出的解决方案是采用两套由MC公司提供的三菱水射流切割系统，并配置一台由KMT公司提供的Streamline Pro 125hp液压增压泵。这些系统扩大了该公司的工作范围，使其能够通过水射流切割技术进行高效加工，这一技术经常被用作激光加工的替代方法，具有很高的成本效益。

跳蛙游戏

Midwest Precision公司在实施水射流切割技术的过程中认识到，扩大工作范围是首要的选择。该公司位于俄克拉荷马州的Tulsa地区，厂房面积约100000ft2（1ft2=0.093m2），自1973年创建以来，车间的55名员工主要从事钣金件的生产，如钣金件的焊接、冲压、激光切割、折弯和辊轧成型。1992年，Midwest Precision公司开始采用水射流切割技术，使该车间能够加工过去从未涉及的材料，包括玻璃、酚醛树脂、塑料以及石材等。“迄今为止，水射流切割技术是我们生产工艺中所采用的一种最为灵活的加工方法，”Miller先生说：“如果没有这一加工技术，我们就根本无法吸引一些重要的客户。”

水射流切割技术的不断发展，使客户也对此寄予很大希望。在过去几年中，Midwest Precision公司对这一技术进行了翻新改造，采用了新的控制系统、驱动器和其他组件，以满足客户的期望和要求。该公司曾对这一老化的平台进行了一次升级处理，这反映了当时该行业普遍需求更高压力和更高功率的水泵，并从KMT公司引进了一台60hp（1hp=745.7W，下同），压力为60000psi（1psi=6.89kPa，下同）的水泵，代替其原来50hp压力为50000psi的水泵。“新型水泵的使用，立即提高了这一设备的进给速度和加工能力。”Miller先生说。

图2  该零件是由厚度为0.375in的Hastalloy合金（耐高温和抗腐蚀的不锈钢材料）加工制成，其中有两条宽度约为0.06in的通道，均采用水射流切割技术制成

然而没过多久，Midwest Precision公司发现自己又面临着使水泵进一步升级的问题。由于技术过时，该公司开始逐步失去其市场份额。这一次，Miller先生意识到，仅仅将资金投入到现有设备的改造，已不足以与竞争对手的切割速度和加工精度相匹敌。

Midwest Precision公司必须采取一箭双雕的解决方案。采用一台功率更强大的水泵可以提高切割速度，正如其过去所做的那样。显然KMT公司的水泵是比较合适的，因为两家公司已建立了长期的合作关系。KMT公司提供了一种新型水泵Streamline Pro 125，其功率为125hp，压力高达90000psi。这台功率强大的水泵，需要Midwest Precision公司提供一个更为结实的平台。否则单靠一台功率强大的水泵，是无法提高加工精度的。

改变运动方式

在2010年底，Midwest Precision公司决定购置两套三菱水射流切割机：DX510和较大的DX612。该公司亲眼见证这两台切割机与KMT Streamline Pro 125水泵同时运作所体现的各种特点，确保新型水射流切割机能够符合所要求的精度。

Miller先生说，加工精度的提高，在很大程度上应归功于该切割机的运动系统。这两种切割机都采用由双交流伺服电机驱动的线性马达导轨和高节距32mm的双锚式滚珠丝杠。相比之下，该车间以前设备的主轴运动采用的皮带和驱动器传动系统，容易打滑，并且随着时间的推移，皮带会逐渐失去弹性。

他还补充说，三菱公司的智能锥度控制技术也为提高加工精度做出了贡献。该系统的切割加工头可自动倾斜，以补偿喷射的水流即将退出喷嘴时变宽的自然倾向。这种加工方法，使零件壁厚的每0.5in（1in=25.4mm，下同），其平直度达到±0.001in。Miller先生说，采用新机型切割孔径时，通常可使平直度达到±0.001in，而在切割0.25in厚的板材时，可达到±0.002in。而旧设备只能达到±0.02in的孔径公差，还经常存在同心度的问题和±0.03in的平直度公差。

图3  Midwest Precision公司的一台水射流切割机，正在切割一个厚度为0.125in的磷青铜板毛坯件，这种紫铜和锡组成的合金，不能用激光切割加工。虽然采用一台冲压机加工可降低其生产成本，但采用水射流切割技术则可获得更好的切边质量，并且能够将零件更紧密地结合在一起。该公司总裁Brian Miller先生说，这些优势可与冲压机加工的任何潜在优势相匹敌

提高水泵的速度

在压力达到90000psi时，KMT Streamline Pro 125型水泵将产生与Frankenstein 水泵同等的压力。其125hp的功率要比老式机型的60hp功率高出一倍以上，它可以与一个较大尺寸的喷嘴（0.016~0.011in）匹配，并且不会降低流动速度。新机型不但可加快切割速度，而且可加工较厚的材料。Miller先生说：“这一切应归结于这样一个事实：水泵采用较高的马力，可以泵出更高的水量。”

KMT公司的副总裁Neil Anderson先生解释说，采用更高的压力，通常可以使切割速度进一步提高。这主要应归功于该公司在几年前所取得的成果，他们用60000psi压力的水泵取代了Frankenstein 50000psi压力的水泵。只有孔径较大的喷嘴喷出较宽的水流，才能更有效地切割较厚的材料。

Miller先生说，在Midwest Precision公司，水泵马力的提高，使三菱公司的水射流切割机的运行进给速度比旧设备提高了约300%。就材料的厚度而言，也创造了一项新的加工记录：能够切割厚度为5.25in的PH不锈钢材料。以前，该公司只能切割厚度约为3in的板材，即使在最好的加工状态下，其表面质量也不尽如人意。

虽然新近推出的90000psi高压水泵足以匹配任何系统，但新型水射流切割机的组件是专门设计的，并且相比旧的加工设备，能够承受更高的压力。如Midwest Precision公司新型水射流切割机上的切割加工头采用金刚石孔板。其鞭形软管可将水流直接传送到切割加工头上，无需昂贵的耦合器和高压旋转头，从而进一步降低了生产成本。当切割速度无法抵消磨损成本时，该公司便会选用60000psi的压力进行操作。

Miller先生进一步解释说，来自Ebbco公司供选用的闭环式过滤系统，通过对废水的回收和循环使用，可达到节约资金的目的。“在此之前，我们最大的开支之一在于必须保持水泵内的液体冷却和水箱中的新水更换。我们对这一系统很感兴趣，因此我们打算另购一套安装在Frankenstein水射流切割机上。”

具有成本效益的替代方案

Miller先生说，Midwest Precision公司的新设备主要具有两大优越性。首先，水射流切割技术是激光切割技术的一种替代方法，对于适合切割加工的零件而言，具有很好的成本效益，而且能够提高切割速度和加工精度。Miller先生解释说，虽然激光切割机的切割速度比较快，但其操作和维护成本较低，更适于切割铝材和不锈钢板材等较厚的零件。此外，采用水射流切割机不存在加工淬硬问题。这一点对于航空航天工业和国防工业来说，是特别有利的。

KMT公司还承包了Midwest Precision公司对连铸异型毛坯件进行水射流切割的加工业务，因为许多公司的合同项目及通常所涉及到的工件并不适合采用有效的激光切割技术。这样的加工任务，进一步体现了水射流切割技术的先进优势，提高了该车间承接切割加工业务的能力。“对于我们来说，水射流切割技术完全是一项新的加工工艺——尤其是当你需要加工一个厚度为5in的不锈钢工件时，这已经超出了我们原先的加工能力范围。我们正在以更高的速度和精度加工我们以前从来没有接触过的零件。” Miller先生说。