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《高壓水射流技術在金屬刀具清潔處理中的創新應用研究》

1. 技術背景與行業需求

在金屬刀具加工領域，氧化污染是影響產品質量的重要問題。制造過程中暴露于空氣中的金屬表面會自然形成氧化層，若缺乏有效的清潔手段，這些初生氧化物會逐漸轉化為黃褐色鐵銹，不僅影響產品外觀品質，更會顯著降低切削性能和使用壽命。傳統清潔方法存在明顯局限性：化學清洗法存在處理成本高（清洗劑消耗量大）、基體腐蝕風險（酸堿性介質侵蝕）以及環保合規問題（廢液處理難度大）；而超聲波清洗技術則受限于設備投資高、處理尺寸受限（大型刀具無法處理）以及能效比不佳等問題。

1. 高壓水射流技術原理及核心優勢

（1）技術機理
該技術通過高壓泵組將普通自來水加壓至55-65MPa級超高壓狀態，經特制噴嘴（直徑1.2-2.0mm）形成速度達數百米/秒的微束射流。這種高動能流體具有獨特的"微切削"效應，既能有效剝離表面污染物，又不會損傷金屬基體。工業實踐表明，該技術已成熟應用于金屬切割（可處理高碳鋼材料）、管道疏通（清除硬化水泥沉積）等重工業領域。

（2）技術經濟特性
① 參數可調性：通過壓力-噴嘴組合調節可實現從精細清洗到強力除垢的多模式作業
② 材料友好性：純水介質避免化學殘留，干燥后即恢復金屬本色
③ 空間適應性：可處理復雜型面刀具（包括深孔、異形結構等特殊形制）
④ 作業效率：實際應用中除垢效率達90-100%，較傳統方法縮短工時50%以上
⑤ 成本優勢：綜合成本僅為化學清洗的40-45%，水電消耗降低60%
⑥ 環保特性：全過程無二次污染，作業過程可抑制粉塵擴散（PM2.5降低30%）

1. 刀具清潔工藝實驗研究

（1）實驗設計
選用DBG-1850Fg3型清洗系統，處理對象為合金工具鋼（成分：C 0.85-0.95%，Cr 4.15-4.17%，W 1.54-1.58%）。建立三維控制模型：

• 壓力變量：55/60/65MPa

• 噴嘴直徑：1.2/1.4/2.0mm

• 處理時長：30/60/120s

（2）優化結果
通過正交試驗獲得最佳工藝組合：

• 工作壓力：60MPa（臨界剝離閾值）

• 噴嘴規格：1.4mm（兼顧沖擊力與覆蓋面積）

• 處理時間：60s（經濟性與清潔度的平衡點）

該參數組合下實現表面清潔度Sa3級（ISO 8501-1標準），且基體表面粗糙度保持原始狀態的98.2%（白光干涉儀檢測）。特別值得注意的是，60MPa壓力下形成的空化效應可有效破除氧化層與基體的結合界面，而1.4mm噴嘴產生的扇形射流能實現最佳覆蓋/沖擊力平衡。