CN105127905A - 一种非晶合金切割装置及应用该装置的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非晶合金的切割装置，包括高压泵、装料桶、混合腔体、泵、切割喷头控制系统及切割喷头依次连接，被切割的工件由固定夹具夹持，所述固定夹具固定于加工槽的底部，夹紧后的工件刚好浸没于装满切割冷却液的加工槽中。应用本发明既可得到良好的非晶合金切割面，且不会改变非晶合金的结构特性，经济环保。

Description

一种非晶合金切割装置及应用该装置的切割方法

技术领域

本发明涉及一种液体混合磨料喷射切割的装置以及应用该装置进行切割的方法，尤其涉及一种应用于非晶合金的喷射切割的装置及应用于该装置进行非晶材料切割的方法。

背景技术

非晶合金是一种长程无序、没有晶态结构的金属，目前常用非晶合金为锆基非晶合金、铜基非晶合金、铝基非晶合金、铁基非晶合金或钛基非晶合金。非晶合金因具有高强度、高硬度、高耐磨、高耐腐蚀性以及软磁性和超导性等优良性能，故在高端电子产品的应用中具有非常大的潜力，然而由于非晶合金又同时具有脆性较高容易断裂等特点，又使非晶合金的切割加工非常困难。

目前常见的切割方法有使用刀具或者砂轮进行机械切割、线切割和激光切割等方法。在上述切割方法中，机械切割过程由于非晶合金的高硬度往往导致非晶合金碎裂，且对刀具或砂轮的损耗大，成本极高且精度极低；线切割虽能较好地对非晶合金进行切割，可切割表面粗糙，可见明显切割纹路，并且加工速度较慢，不适合在大批量生产中使用；激光切割虽然效率高，也能对任何非晶合金进行切割，但是激光切割过程中积聚的大量热量使得切割出的非晶合金熔融后大量残留于切割部位，形成毛刺和残渣，极度影响切割面的表面状态。上述传统方法最大的缺点还在于切割过程中产生的热量极易引起非晶合金的结晶化，从而难以保证原有的非晶结构和特性，进一步导致非晶产品性能的下降甚至于破坏。

如申请号为201410133024.4的中国专利《非晶合金的极光切割方法》中提供的技术方案，在冷却惰性气氛保护下，采用脉冲激光或连续波激光对非晶合金的切割部位进行熔融切割，以形成切割面。该方案的使用也无法获取完全无毛刺和残渣的切割面，且同时要极为注意在切割过程中的条件不能达到非晶合金的晶化区。

水射流切割是将超高压水射流发生器与二维数控加工平台组合而成的一种平面切割机床。它将水流的压力提升到足够高，使水流具有极大的动能，可以穿透化纤、木材、皮革、橡胶等，在高速水流中混合一定比例的磨料，则可穿透较硬材料。目前，较少将该技术应用于非晶合金材料的切割，更难以做到精细切割。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了可对非晶合金进行切割的装置及应用该装置进行切割的方法。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种非晶合金的切割装置，由高压泵、装料桶、混合腔体、泵、切割喷头控制系统及切割喷头依次连接，其中高压泵用以泵送高压液体，装料桶用以装载磨料，混合腔体用以均匀混合高压液体及磨料，泵用于输送磨料至切割喷头控制系统，被切割的工件由固定夹具夹持，所述固定夹具固定于加工槽的底部，夹紧后的工件刚好浸没于装满切割冷却液的加工槽中。

高压泵外接液源，泵出的高压液体可为水、乙醇、水性切削液、油性切削液中的一种。

进一步地，装料桶可为2个。

切割喷头控制系统一般采用市售的电机控制系统，进一步地，切割喷头控制系统还可以添加传感器和数控模块。

供料系统中的磨料为悬浊液状液体磨料，该液体与高压泵外接液源使用同一种液体，即可为水、乙醇、水性切削液、油性切削液中的一种。其中固体颗粒重量占总液体磨料重量的5-50%。其中的固体颗粒为陶瓷颗粒、金刚石颗粒、不锈钢颗粒、碳化硅颗粒、氧化铝颗粒中的一种，平均粒径为80-200μm。

切割冷却液可为水、乙醇、水性切削液、油性切削液中的一种。

一种应用上述切割装置进行非晶合金切割的方法，其步骤包括：

S1.将待切割工件转移至固定夹具上进行定位；

S2.根据切割的非晶合金的种类设定切割喷头控制系统中的参数，调节喷头压力为200-600MPa，喷头与待切割工件之间的距离为0.5-5cm，切割速度为800-1500mm/min；

S3.若一次切割无法达到所需效果，则可重复S2步骤进行多次切割；

S4.确认切割完毕后将工件从固定夹具中取出。

本发明具有如下有益效果：

1、选用合适的磨料即可对任意非晶合金进行切割，并得到无毛刺和残渣的光滑切割面。

2、切割过程在切割冷却液的加工槽中进行，无高热在被切割工件表面聚集，能够保证切割后的非晶合金的结构特性不受影响。

3、切割方法简单，适合大规模批量化生产。

4、切割磨料可回收利用，经济性好。

附图说明

图1为非晶合金切割装置的示意图（箭头方向为液流方向）。

图中标号说明：

1-高压泵2-装料桶3-混合腔体4-泵5-切割喷头控制系统

6-传感器和数控模块7-切割喷头8-被切割工件9-固定夹具10-加工槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1：锆基非晶合金的切割

如图1所示，高压泵1、装料桶2、混合腔体3、泵4、切割喷头控制系统5及切割喷头7依次连接。为进一步提高切割的精度，切割喷头控制系统5外接传感器和数控模块6，用以更加准确的控制喷头的工作压力、喷头与待切割工件之间的距离、喷头切割的时间等工艺参数。

为保证液体磨料的均匀性，采用装载两个装料桶的方法，即高压泵1左右各接一个装料桶2，两个装料桶2又分别连接于混合腔体3的左右。高压泵1中的高压液体选用水，其将装料桶2中的水混磨料冲至混合腔体3中混合均匀，因左右装料桶有对冲，磨料混合更加均匀。泵4将混合均匀的磨料经过切割喷头控制系统5的调整从切割喷头7处喷出，对待切割工件进行加工。

切割锆基非晶合金可选择使用平均粒径为200μm的陶瓷颗粒磨料，固体颗粒占总液体磨料的30%。切割过程在加工槽10中的切割冷却液中进行，不仅便于散热，而且冷却液在切割过程中的运动能够自动清洁切割表面，切割冷却液使用水。

切割步骤包括：

S1.将待切割工件8转移至固定夹具9上进行定位固定，夹紧后的工件刚好浸没于装满切割冷却液的加工槽中；

S2.设定喷头压力为600MPa，喷头与待切割工件之间的距离为1cm，切割速度为1000mm/min；

S3.因所切割的锆基非晶合金硬度较高，故重复S21-3次完成切割；

S4.确认切割完毕后将工件8从固定夹具9中取出。

实施例2：铜基非晶合金的切割

切割铜基非晶合金工件同样使用实施例1中的切割装置，因铜基非晶合金硬度比锆基非晶合金稍低，故选择平均粒径为150μm的不锈钢颗粒磨料，固体颗粒占总液体磨料的20%；加工槽10中的切割冷却液使用水性切削液。

切割步骤包括：

S1.将待切割工件8转移至固定夹具9上进行定位固定，夹紧后的工件刚好浸没于装满切割冷却液的加工槽中；

S2.设定喷头压力为200MPa，喷头与待切割工件之间的距离为2cm，切割速度为1200mm/min；

S3.确认切割完毕后将工件8从固定夹具9中取出。

实施例3：铝基非晶合金的切割

同样使用实施例1中的切割装置，选择平均粒径为100μm的碳化硅颗粒磨料，固体颗粒占总液体磨料的10%；加工槽10中的切割冷却液使用乙醇。

切割步骤包括：

S1.将待切割工件8转移至固定夹具9上进行定位固定，夹紧后的工件刚好浸没于装满切割冷却液的加工槽中；

S2.设定喷头压力为400MPa，喷头与待切割工件之间的距离为0.5cm，切割速度为800mm/min；

S3.确认切割完毕后将工件8从固定夹具9中取出。

实施例4：铁基非晶合金的切割

同样使用实施例1中的切割装置，选择平均粒径为80μm的氧化铝颗粒磨料，固体颗粒占总液体磨料的40%；加工槽10中的切割冷却液使用水性切削液。

切割步骤包括：

S1.将待切割工件8转移至固定夹具9上进行定位固定，夹紧后的工件刚好浸没于装满切割冷却液的加工槽中；

S2.设定喷头压力为400MPa，喷头与待切割工件之间的距离为1cm，切割速度为1000mm/min；

S3.确认切割完毕后将工件8从固定夹具9中取出。

使用上述实施例中的装置对非晶合金进行切割，不仅能够获得无毛刺的平滑切割面，而且由于整个切割过程皆在冷却液中进行，被切割工件表面无高热聚集，不会对非晶合金的结构特性产生不良影响。而且整体切割步骤简单、适合批量化生产，进一步优化切割喷头的结构及传感器和数控模块还能进行极精细切割。同时，在加工槽中的磨料还可以回收利用，经济环保。

上述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非晶合金的切割装置，包括高压泵、装料桶、混合腔体、泵、切割喷头控制系统及切割喷头依次连接，其中高压泵用以泵送高压液体，装料桶用以装载磨料，混合腔体用以均匀混合高压液体及磨料，泵用于输送磨料至切割喷头控制系统，其特征在于：被切割的工件由固定夹具夹持，所述固定夹具固定于加工槽的底部，夹紧后的工件刚好浸没于装满切割冷却液的加工槽中。

2.根据权利要求1所述非晶合金切割装置，其特征在于：高压泵外接液源，泵出的高压液体可为水、乙醇、水性切削液、油性切削液中的一种。

3.根据权利要求1所述非晶合金切割装置，其特征在于：装料桶为2个。

4.根据权利要求1所述非晶合金切割装置，其特征在于：切割喷头控制系统还包括传感器和数控模块。

5.根据权利要求1所述非晶合金切割装置，其特征在于：供料系统中的磨料为悬浊液状液体磨料，其中固体颗粒重量占总液体磨料重量的5-50%。

6.根据权利要求5所述非晶合金切割装置，其特征在于：液体磨料中液体与高压泵外接液源使用同一种液体。

7.根据权利要求6所述非晶合金切割装置，其特征在于：液体磨料中的固体颗粒为陶瓷颗粒、金刚石颗粒、不锈钢颗粒、碳化硅颗粒、氧化铝颗粒中的一种。

8.根据权利要求7所述非晶合金切割装置，其特征在于：液体磨料中的固体颗粒平均粒径为80-200μm。

9.根据权利要求1所述非晶合金切割装置，其特征在于：切割冷却液可为水、乙醇、水性切削液、油性切削液中的一种。

10.一种应用权利要求1中的切割装置进行非晶合金切割的方法，其步骤包括：

S1.将待切割工件转移至固定夹具上进行定位；

S2.根据切割的非晶合金的种类设定切割喷头控制系统中的参数，调节喷头压力为200-600MPa，喷头与待切割工件之间的距离为0.5-5cm，切割速度为800-1500mm/min；

S3.若一次切割无法达到所需效果，则可重复S2步骤进行多次切割；

S4.确认切割完毕后将工件从固定夹具中取出。