“参观International Mold Corp.(IMC)时，在距离车间最大、产量最高的卧式加工中心仅几步之遥的中央过道内，若干编程工作亭引起我的注意。”厂长加布·梅尔德伦先生告诉我们，“在车间地板上进行的模芯和模腔刀具路径绘图可以帮助操作人员更灵活地完成机器编程和操作。如HMC上的模块化快速更换工具夹持系统——搭载随行夹具交换装置和高容量刀具更换装置，确保了部件长时间不间断加工。边角处设有一台特别大的机器：双轴钻孔铣床和枪孔钻组合，而大部分车间会选择外包的模具底座起拱和冷却成孔。”

这些例子证明该车间能够迅速适应新工作，精确控制整个过程。所有制作都依赖于一家工厂，一家远超过模具制造商的工厂。现在，附近其他六间工厂也引入了相同技术和策略，分别负责模芯和模腔、注塑模具部件制造(出售和模具试验)以及模具部件与市面上在售的塑料总成组合。在南卡罗来纳底特律园区外新修建的第八家工厂将负责为周围的重要汽车行业客户提供刀具制造和维修服务。这家成立已有12年的公司现在已经形成生产可使用数百万次的吹制模和适用于原型制造和小批量生产的铝注模能力，并不断展示出强劲的实力和优越的业务条件。

图1 水喷射机工作区很大，分成多个格栅。格栅因磨损而恶化时可以接受二次加工，再次满足使用要求。此方法优点在于能够同时开展多个工作或者将一块板切割成多个部件

“公司快速扩展的同时也面临着各种挑战。一方面IMC将投资全部投入了精准灵活的数控加工技术;另一方面简单的工作却成为能力发展的限制因素。”梅尔德伦先生解释到，“即使最复杂的模具也包含一些CNC加工中心能力无法完成的部件。但是严格来说，这种部件无需负责复杂数控加工和模具配合以及功能的刀具制造人员注意。从历史经验来看，选择外包2D比使用用模具制作的基本人力机器更为明智。”

水喷射改变了这一切，除了释放出更多数控加工能力外，用注入了磨料的高压水柱进行加工还省去了各种人工环节，比如用剪刀切割垫片、摇臂钻床进行钢板钻孔。几何形状相同的部件可以堆叠起来同时加工，在低压作用下，机器还可刻印部件编号和其他图案。

梅尔德伦先生认为水喷射机每周可以节约上百小时的工时，水喷射机也可以用于处理各种与模具无关的零散工作，业务不好的时候还能创造些其他收入。他说道：“我们感觉这台机器就像一台高精度数控电锯，虽然这把‘刀’是高压水流。这台机器释放了大量机器，我们只需要将大片材料板放在工作台上，按照需要切割即可。废料还可用于制作钻铤、嵌件等等。我们每次处理2D形状时，都会自然地想到水喷射机。”

图2 支持设备不限于过滤系统，也包括用于收集废磨料的Ebbco料斗。有了这种真空装载机，巴齐德罗先生可以轻松将大型板材装载到水喷射格栅上

满足模具车间需求

为扩大车间规模，我们腾出了大量空间引入水喷射机。Wardjet Z-2543及其辅助设备占地35in×17in。为此，我们将3号工厂的吹塑人员和设备转移到4号工厂。梅尔德伦先生讲到考虑到从单个大板材(通常为4in×8in)上切割多个零件的优点，以及废料之后再利用，这台设备已经物有所值。

3号工厂的主要生产任务是原型/小批量注塑模具，其中许多注塑模具必须用到2号和6号工厂的压力机进行测试。水喷射机负责加工该机器的歧管，歧管主要用作模具塑料输送系统的外壳，体积庞大，由钢制成，占地面积大。如果没有水喷射机，在这些组件加工上时间浪费，可以执行数控加工中心更为复杂的任务;成本也会高于常规铝模具制造用的高速钢材切割器的硬质合金刀具。之前歧管都采用外包，外部供应商采用火焰切割工艺，歧管表面存在一些硬化锈皮，仍然需要在加工中心进行清理。水喷射机工作的基本原理是利用水压和水流中的石榴石颗粒，可以在室内进行简单切割，无需任何热源。

过后不久，车间中发现水喷射机还可用于几步之外4号工厂的吹塑模生产。它的工具过于复杂，客户针对室内歧管生产制定的规范也多样化。与注塑工具不同的是，制作吹塑模时，经常会涉及制造多个2D组件，比如托架和其他固定件。

自此之后，水喷射机的工作范围扩展到顶针板、耐磨板、用于调整模具在压力机中的配合度的垫片，甚至用于其自身定制机械的各种部件，例如用于6号工厂塑料装配操作的热板焊接单元。然而扩大水喷射机在IMC的工作份额需要对机器进行配置，以适应模具制造需要。以下为一些关键要素：

(1)精密平台。水喷射机可用于切割各种东西，从地砖到食物，相比其精密性，它的多功能性更引人注意。提高机器精密性，一个相对简单的方式是抬高构成工作台的格栅各个部分，从而扩大工作范围。采用该方法时，首先将铣削格栅打磨成平面，然后将其放在一起，使用垫片确保工件水平面保持水平。通过以上措施，可以将机器的公差控制在±0.005in。梅尔德伦先生补充到，工作台各个部分在重型应用过程中会发生磨损，同样的操作需要重复执行。

(2)动力压。水压和切削速度直接相关，但如果只是高压，是无法达到IMC要求的速度进行钢和铝切削的。根据该公司网站上公布的数据，Wardjet机器的标配：Hypertherm液压增压泵在低至30马力的功率水平下还能够达到60,000psi(1psi=0.00689Mpa)的压力。然而功率过低时，泵压出来的水流很小(30马力时只有0.6加仑/分钟)。只有在压力的作用下，推动水流经过相对较小的孔眼(0.011in)才能将水流提升到最大压力，然后添加磨料，水流从喷嘴流出。在60 000psi限额下，IMC的75马力泵可以每分钟使1.5加仑的水穿过直径0.016in的孔，从而确保3in厚钢板在0.4ipm(英寸/分)条件下或者7in厚铝板在7ipm条件下达到±0.005的公差(如果材料较厚，则应降低切割速度，切割过程中更加小心)。

(3)有效的水处理。辅助系统占据了水喷射机总占地面积的很大一部分，日复一日地切削钢和铝会产生大量溶解固体，总溶解固体(TDS)必须保持在最低水平确保操作标准，避免过早更换部件(阀门和密封件)。像IMC这样的操作中，花费太多的时间去铲除磨砂机产生的堆积如山的磨砂粉，会使安装水射流的初衷成为徒劳。

水喷射机箱内一个关键的辅助系统来自于Ebbco，它是一个安装在水射流罐内的清扫器组件，通过防止磨损的磨料沉淀底部，实现长时间不间断的工作。材料则被不断地送入料斗进行处理。

这只是闭环水处理和循环系统的一部分。从水箱中溢出的水流被一个单独的围堰圈住，然后清扫器未能处理掉的淤泥在围堰中沉降。然后水流通过两个蓄水池：一个脏水池，采用过滤机制去除溶解固体;一个清洁水池，紫外线照射杀死细菌和其他有机物。水最后被送往过滤器和冷却器，经处理后返回到增压泵循环使用。

图3 部分水射流部件通过铣削后形成3D结构，比如埋头螺孔。该车间正在尝试利用气动钻孔和扩孔头，进一步扩大水射流的能力

快速回报

梅尔德伦先生告诉我们：“水喷射机的主要优势在于操作简单，功能多样。IMC刚入手这台机器后，工人很快便学会了如何使用。过去的三年，亚伦·巴齐德罗先生是这台机器的主要操作员。在接手该机器前，他从未接触过数控机床，但是他表示这台机器上手真的很快。”

这台机器具有直观控制和软件帮助。梅尔德伦先生指出iGems CAD/CAM软件能够自动将零件几何形状嵌套到更大的板材中，利用软件完成部件对准和位置偏移设置。至于基本原理，他说道;“大部分是通过Wardjet公司安排的培训习得，也有一些来自其他机械师同事。虽然他们从未接触过水喷射机，但是在操作后发现许多概念还是相同的。其他的包括经验法则，如泵预热，以及与维护相关的项目，如识别孔口磨损、设置补偿偏移量、了解何时需要更换孔口(车间最近改用金刚石孔口，价格高于比之前的红宝石，但使用寿命更长)等。”

图4 图中水喷射机的主要操作员亚伦·巴齐德罗先生正在演示将多个部件放于工作台上并对齐时，系统软件如何起到帮助

所有的迹象表明，IMC正在逐渐扩大水喷射机的应用领域。车间最近在尝试增加水喷射机的气动钻孔和扩孔功能。这不仅可以节约更多时间、扩大系统工作范围，还可以释放更多车间的铣削设备换刀槽。机器在不断证明自身价值的同时，有时候还会带来惊喜。梅尔德伦先生说道：“最近公司有个模具出了点问题，但是我们还有一堆铝材需要处理及各种各样的工作。电锯肯定是不适合的，所以我们改用了水喷射机，将其切成了一片一片的。忙碌的时候，机器能够每天24小时，一周7天地运转。”