當注塑機因故停機時 ,其注塑螺桿上的熔融塑 料往往來不及清除而殘留并緊固于上。為了以后的 正常工作 ,必須將螺桿和料筒拆下 ,將殘留物清除干 凈。目前采用人工刀刮的方式效率很低 ,不易徹底 清理刮出的塑料殘留物。有人建議采用加熱辦法使 殘留塑料達到熔融而流走 ,但塑料熔融后的流動性 普遍較差 ,不能干凈徹底去除 ;若溫度過高 ,還容易 使螺桿變形 ,喪失形位精度 ;同時加熱的方法還會產 生多種有害氣體 ,既污染環境 ,又危害人身健康 ,存 在安全隱患。  全自動螺桿水洗機,利用水力旋轉動能配合螺 桿旋轉的反作用力實現360度無死角清理、優越的遷移速率 ;另一方面 ,電解液的沖擊極大地減小了擴 散層的厚度 ,有效地降低了濃差極化 ,改善了電沉積 過程 ,大大提高了陰極極限電流密度。沉積中使用 高電流密度 ,能顯著增大陰極過電位 ,提高形核率 , 減小形核的臨界晶核半徑 ,從而細化晶粒獲得細晶 組織[4 ] 。另外 ,在掃描電鑄中 ,噴嘴的移動使沉積 的晶粒還未來得及長大 ,噴嘴已經離開 ,這也可起到 抑制晶粒的生長、促進細晶形成的作用。實驗結果 表明 ,采用掃描噴射電沉積可在較大電流密度范圍 內獲得納米晶金屬銅。 3 　結論 (1) 掃描噴射電沉積銅的電流密度和沉積速度 隨電壓的增大呈線性增大 ,實驗中可用電流密度高 達 380 A/ dm2 ,沉積速度高達 11. 21 mg/ min。 (2) 電流密度、噴射流量和掃描速度都對銅沉積層的表面生長形態有較大的影響。使用低的電流 密度、高的噴射流量和快的掃描速度有利于獲得較 好的沉積層質量。 (3) 在較大的電流密度范圍內可獲得納米晶銅 沉積層 ,且晶粒尺寸小于 40 nm。 (4) 電流密度由 100 A/ dm2 增至 300 A/ dm2 時 ,擇優取向晶面由 (220) 晶面逐漸轉變為 (111) 晶 面。  

1. 1 　水清洗系統與射流結構液動力學模型 圖 1 是水射流系統和射流結構模型 ,系統主要 由增壓器、油壓系統、蓄能器、供水系統、噴嘴系統等 組成。液壓系統的低壓油推動增壓器柱塞左右移 動 ,將供水系統來的水壓縮使其增壓 ,通過單向閥進 入蓄能器保壓和穩壓 ,當水通過特制的噴嘴小孔 時 ,會形成具有很高速度 (約 900 m/ s) 和動能的 水射流。射流結構從軸向上看 ,分為初始段 、過渡段和主體段 ;徑向上分為射流核、連續射流層和擴散層。 射流核僅存在于初始段 ,其速度最高、壓力最大 ,核 內各射流質點速度相等 ,稱為等速核 ,切割能力最 強 ,射流核的速度和切割能力隨水壓力的增大而增 加。過渡段包括連續射流層和擴散層 ,連續射流層 速度沿徑向呈正態分布 ,中心部位速度最高 ,等于射 流核的速度 ,連續射流層具有較強的切割能力。擴 散層較薄 ,切割能力差。 1. 2 　獨特的選擇切割去除等特性分析 由于射流的速度隨壓力增加而增加的原理 ,可 以通過調整壓力值來獲得所需的水流速度和切割能 力。對于不同的加工材料 ,因硬度、強度存在差異 , 故存在不同的切割壓力臨界值(門檻值) ———水壓超 過這個臨界值時材料被切割 ,低于這個臨界值材料則不會被切除 ,這就是水射流獨具的選擇切割特 性。一般講 ,兩種材料的強度、硬度等指標差距越 大 ,它們的切割壓力臨界值相差也越大 ,選擇切割就 越容易。由于水的壓力值從 0～400 MPa (就本文而 言) 可連續調整 ,故可選擇適當的水壓值 ,讓表層的 材料去除而保持內層的材料不損。金屬和非金屬材 料在切割壓力臨界值方面存在很大差異 ,幾種材 料的臨界值見表 1?？梢?,只要壓力值選取恰當 ,就 可以做到既清理螺桿上的 ABS 等塑料 ,又不損壞 螺桿。 表 1 　幾種材料能被切割的臨界值 MPa 海綿 橡膠 密封墊 ABS 塑料 黃銅 45 鋼 淬火鋼 10 60 150 190 390 1 400 2 000 　　水射流靠水力動能切割去除材料 ,本身不會產 生熱量 ,且射流可到達拐角、縫隙等深處 ,因此是一 種清理效果良好的冷加工工藝。 由于水射流去除材料靠機械動能 ,不會因熱、 化學作用產生材料本身以外的異物、煙、塵、氣體 , 也不用添加化學藥品 ,所以是典型的綠色加工工藝 。

圖1：水射流系統與射流結構圖

2 、工藝裝置與清理工藝的實施 工藝實施可在臥式車床上進行 ,安裝如圖 2 所 示(也可設計制造專用的裝置) 。螺桿在雞心夾頭帶 動下隨頂尖旋轉 ,防濺射軟套根據現場情況配置 ,前 提是不影響噴嘴工作。螺桿表面殘留塑料的去除分 3 個部分分別進行 ,即圖中 A 、B 、C 噴嘴所示。A 噴嘴用于清除外徑 D 的螺桿外圓; B 噴嘴用于清除 直徑為 d 的螺桿基圓面; C 噴嘴用于清除螺旋上下 兩環面。A 、B 、C 噴嘴的軸向進給速度 F 由轉速 n2 和 螺距 T 來決定 ,即 F = T/ n2 (mm/ r) ,這樣可以使 3 個面在清理工作中完整而不遺漏 ,并提高效率。 對于 B 噴嘴 ,由于射流有效作用面積不可能一 次覆蓋環面寬度和螺旋槽寬度 ,清理得分成多次進 行 ,靠手工調整。具體次數取決于螺桿尺寸大小。 對于 C 噴嘴的情況 ,噴嘴靠支架固定 ,支架在滑板 上隨之而軸向進給。每從頭至尾走完后 , C 噴嘴徑 向移動一個有效作用直徑。 如果增壓器的容量足夠大 , A 、B 、C 3 個噴嘴可 以同時并行工作 ,減少輔助時間 ,進一步提高效率。 噴嘴的安裝要注意幾個幾何尺寸 :靶距 L ,入 射角α,工件回轉方向 , 見圖 3。 圖 3 　噴嘴安裝位置參數 靶距 L 過大或過小對清除效率都有不利影響 , 對一定壓力和流量的水射流 ,去除某材料存在最佳 的靶距值。 入射角 α的影響 , 根據具體的工藝而有所不 同。對于純切割 ,以 85°為佳;對于以去除剝離材料 為目的的工藝 ,一般為 40°～60°。本工藝圖中 ,與工 件中心線等高(α= 90°) 情況的去除效率就遠不如圖 示α角的布局。一方面由于 AB 弧段比 CD 弧段 長 ,使其有效作用面積增加 ,另一方面 ,實際的靶距 變化范圍較大 ,采用逆切的方式有利于射流進入塑 料層與螺桿圓面之間起到楔壓作用 ,將材料剝離 ,且 將正壓作用變為剪切作用。 其他相關的重要工藝參數有水射流壓力、流量、 工件回轉速度等。

圖 2 　工藝實施裝置和工藝步驟設計

圖 3 　噴嘴安裝位置參數

3、試驗參數與效果對比 試驗工件 : ABS 注塑螺桿 ,長度為 2 800 mm , D = 180 mm , d = 100 mm , T = 100 mm , b = 20 mm。 工藝參數 : 壓力200 MPa ; 紅寶石噴嘴直徑D1 = 0. 4 mm ;工件回轉速度 n2 = 96 r/ min ; 入射角 α= 50°;靶距 L = 30 mm。 試驗效果見表 2。 表 2 　水射流方法與手工方法試驗對比 項目 水射流清理去除 噴嘴 A (1 次) 噴嘴 B (3 次) 噴嘴 C (2 次) 總計 (6 次) 手工刀刮除 作用時間/ min 30 90 60 180 1 920 (4 人) 塑料殘留遺漏 無 無 無 無 拐角處有 螺桿表面劃傷狀況 無 無 無 無 有刀痕跡 操作人數 1 1 4 勞動強度 輕松 費心費力 　　觀察清理實物 ,清理后的螺桿恢復原來的光亮 度 ,鏡面效果清晰照人。為驗證清除的干凈程度 ,用 萬用表對各段進行多點電阻測量 ,結果是水射流清 除后的工件電阻均為零 ,而手工清除的工件多處 有絕緣現象?？梢?,在效率、質量、工作強度、節省時 間等方面 ,水射流方法都具有優勢 ,其優越性得到充 分證實。 

4、結論 通過試驗和生產應用 ,得出如下結論 : (1) 水射流技術不僅可用于切割、清洗 ,更適合 于多種材料的強制剝離去除和清除 ,特別是兩種 材料在硬度、強度相差較大時 ,其選擇性切割能發揮 獨特的作用。 (2) 水射流具有諸多的工藝優越性 ,如冷加 工、綠色工藝、無刀具 ,工藝效果一致性極好。 (3) 采用水射流工藝去除注塑螺桿殘留塑料的 方法 ,具有效率高、質量穩定、省工省時省力等優 勢。 (4) 拓展應用(主要利用選擇性切割特性) 可在 以下方面發揮優勢 :發動機密封墊清理[3 ] ;廢舊導 線、電纜等清潔高效回收 ;樹木剝皮 ;汽車覆蓋件回 收除漆和除膩子灰 ;生肉剔骨、剔筋、剝皮等[1 ,2 ] 。 參考文獻 : [ 1 ] 朱派龍 , 周錦進. 高壓水射流切割技術原理與應用前景. 電加 工 ,1997 (5) [2 ] 朱派龍. 高壓水射流切割機理與關鍵技術研究 : [博士學位論 文] . 大連 :大連理工大學 , 1998 [ 3 ] Zhu pailong , et al. A new approach to remove the sealing plate on the connecting surface of engine with high pressure water2jet . Proceedings of the First Conference of Mechanical Engineering , shanghai , 2000 (11)