水射流加工中的水资源保护

作者:Peter Zelinski 文章来源:航空航天 发布时间:2011-09-22
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图1 在这家加工厂中,水射流加工技术的重要度正在不断增加,因为该厂最近采取了一些保护这些来自墙上水龙头的“水射流刀具”的措施(参见下一张照片)

这家加工厂的水回收系统还延长了水射流机床硬件的使用寿命。

在水射流机床上,一部分的“切削刀具”是一种市政公用工程资源-也就是水。刀具组成的这个成份通过管道输送到加工厂;只需打开水龙头就可以获得这种成份。而其它刀具配备形式就不具备这种方便获得性了,而这种不同之处就影响到这家加工厂对这种刀具资源的思考方式。在典型情况下,水射流加工用户不会像对插入式刀具或铣刀那样考虑到水的“刀具使用寿命”。这是一种不幸的现象,因为水在水射流机床内的实用寿命事实上很长。

而KLH Industries公司深知这点。这家位于Wisconsin的Germantown的加工厂认识到了,对于自家两台水射流机床用于输送金属切削用石榴石磨料的水,自己并没有挖掘出其中真实的价值。原来在这些机床切削部件时,每台机床都会向下水道送出每分钟约6加仑的水,而现在却再也不会了。

这家加工厂最近添置了一套用于回收水射流加工用水的系统。这套系统由金属加工过滤专业厂商Ebbco Inc(New Baltimore, Michigan)制造和安装。如今,在这些机床运行时,只有极少量的水会排入下水道。据水射流部门经理Tim Henning表示,自己部门的用水量下降了至少95%。

他表示,还有另一个节约来源具有甚至更大的重要意义。正如事实所证明的,即使没有添加石榴石磨料,市政供水本身就具有相当强的磨蚀性。在采用这套新水回收系统后,每天供来的600ppm杂质浓度的市政供水经过滤后降低至50ppm以下。通过将大力降低水对水射流机床部件的侵蚀性,这套系统不仅在事实上保护了水资源,而且保护了机床硬件本身。


图2 这套水回收系统填补了以前两台水射流机床之间的空地

在航空业一展身手

对于KLH公司来说,水射流加工的重要性在继续增加。这家加工厂创建之时从事电火花加工(EDM)业务,经过多年的成长,采购了各种铣床和车床。而水射流加工部门从多个方面对这些加工能力提供了补充。水射流部门不仅让加工厂能够更为全面地为客户提供服务,而且还使得加工厂能够大幅提升对其它金属切削机床的利用能力。

这些优点对于航空业的业务特别有好处。航空业对KLH的重要性一直都在增加(该公司已申请并通过了AS 9100认证)。一个使得水射流加工进入这家加工厂的特殊原因是航空业客户经常要求组件或成套部件一起制造和发运。配备了水射流机床后,KLH就能快速切削非金属部件,而这些非金属部件要与在其它加工区制造的金属部件配套,其中最为突出的是用于在其它机床上制造的阀门部件的橡胶密封件和密封垫圈。

与此同时,水射流还能够帮助加工那些具有另一种极端困难度的材料。对于钛金属、Inconel合金、Waspalloy合金和其它高加工难度的航空业金属,如果能够用水射流加工先按尺寸切削成精密的坯件,则在机加工中心的铣削就可以更加高效地进行。而通过水射流机加工使得坯件贴近最终尺寸既缩短了加工周期,还延长了切屑产生型机床的刀具使用寿命。

更长的工作时间

Henning表示,KLH最初是在一次贸易博览会上看到了这套水回收系统。这套系统并没有在他们看到它的展位内进行推销,至少没有直接推销。相反,这套系统在贸易博览会上被用来解决水射流机加工演示中固有的问题。由于展厅地板并没有提供用于将水送至下水道的特别水道,所以水必须存放在容器内。而Henning先生意识到自己的加工厂有可能从相同的存水方式中获益。


图3 如今用过的磨料被收集到一个塑料袋内。而过去处理这种用过的石榴石磨料并没有这么容易

目前,在这套系统安装到位后,唯一的水损失量来自于泼溅或蒸发。工厂测量过这个损失量对于两台水射流机床共计为每24小时周期内约90加仑。考虑到之前每天数百或数千加仑的损失量,工厂的水费如今已经大幅降低。此外,工厂还发现了,这套系统还能够减少时间损失,事实上延长了机床的工作时间。

有些工作时间增加来自于一种看起来很基本的改进:系统捕集用过磨料的方式。如今,石榴石磨料被送入一个塑料袋以供倾倒。Henning表示,在过去对用过磨料的管理远没有这么容易,每台机床都需要每3个月或4个月进行一次排水、排空和铲除。每次执行这项工作都会使得这些机床在2天内的绝大部分时间或所有时间内退出生产,而且还会要求员工脱离自己原来的工作,在工厂内执行这些更为糟糕困难的零星工作。而如今,所花费的成本和损失的时间都消失了,对工作士气的消磨也消失了。

而且这套系统如今还在滤掉那些远比石榴石磨料更细小的颗粒物,这些颗粒物是如此之细微,有可能会被人认为是无害的,但是这些颗粒物会给机床的部件带来损害。Henning表示,这家工厂的当地供水硬度通常较高,这种差别一直显著体现在机床的维护需要方面。切削机头的故障发生频率高于比制造厂商的技术资料所预计的频率,而增压泵的持续工作时间仅为预期时间的1/3或1/2。

对于这台增压泵,工厂总得随时准备好备件。因为这样,故障会导致机床退出运行,但只有30分钟用于必要的部件更换。但是每次更换后,停用时间之后是8个小时的退出运行期间的工作,用于重新装配旧泵机以供下一次需要时进行替换。目前确定新系统通过省掉工厂的此类机床维修能够节省多少成本尚为时过早。但是考虑到对于泵机和其它部件执行这些维修工作所占用的人力和硬件内容,精简水射流机床维修要求有可能在实际中被证明是KLH在新水回收系统上所获得的最为重要的节约来源。

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