《高压水射流技术在金属刀具清洁处理中的创新应用研究》

1. 技术背景与行业需求

在金属刀具加工领域，氧化污染是影响产品质量的重要问题。制造过程中暴露于空气中的金属表面会自然形成氧化层，若缺乏有效的清洁手段，这些初生氧化物会逐渐转化为黄褐色铁锈，不仅影响产品外观品质，更会显著降低切削性能和使用寿命。传统清洁方法存在明显局限性：化学清洗法存在处理成本高（清洗剂消耗量大）、基体腐蚀风险（酸碱性介质侵蚀）以及环保合规问题（废液处理难度大）；而超声波清洗技术则受限于设备投资高、处理尺寸受限（大型刀具无法处理）以及能效比不佳等问题。

1. 高压水射流技术原理及核心优势

（1）技术机理
该技术通过高压泵组将普通自来水加压至55-65MPa级超高压状态，经特制喷嘴（直径1.2-2.0mm）形成速度达数百米/秒的微束射流。这种高动能流体具有独特的"微切削"效应，既能有效剥离表面污染物，又不会损伤金属基体。工业实践表明，该技术已成熟应用于金属切割（可处理高碳钢材料）、管道疏通（清除硬化水泥沉积）等重工业领域。

（2）技术经济特性
① 参数可调性：通过压力-喷嘴组合调节可实现从精细清洗到强力除垢的多模式作业
② 材料友好性：纯水介质避免化学残留，干燥后即恢复金属本色
③ 空间适应性：可处理复杂型面刀具（包括深孔、异形结构等特殊形制）
④ 作业效率：实际应用中除垢效率达90-100%，较传统方法缩短工时50%以上
⑤ 成本优势：综合成本仅为化学清洗的40-45%，水电消耗降低60%
⑥ 环保特性：全过程无二次污染，作业过程可抑制粉尘扩散（PM2.5降低30%）

1. 刀具清洁工艺实验研究

（1）实验设计
选用DBG-1850Fg3型清洗系统，处理对象为合金工具钢（成分：C 0.85-0.95%，Cr 4.15-4.17%，W 1.54-1.58%）。建立三维控制模型：

• 压力变量：55/60/65MPa

• 喷嘴直径：1.2/1.4/2.0mm

• 处理时长：30/60/120s

（2）优化结果
通过正交试验获得最佳工艺组合：

• 工作压力：60MPa（临界剥离阈值）

• 喷嘴规格：1.4mm（兼顾冲击力与覆盖面积）

• 处理时间：60s（经济性与清洁度的平衡点）

该参数组合下实现表面清洁度Sa3级（ISO 8501-1标准），且基体表面粗糙度保持原始状态的98.2%（白光干涉仪检测）。特别值得注意的是，60MPa压力下形成的空化效应可有效破除氧化层与基体的结合界面，而1.4mm喷嘴产生的扇形射流能实现最佳覆盖/冲击力平衡。