水射流切削加工原理及其应用

水射流切削加工原理及其应用

——先进制造技术概论学习报告

姓名：王升勇班级：10机制一班学号：105302129

摘要：水射流虽是很细的喷流，但是，单位面积上的加工能量却是极大的，在水射流中加入相应的磨料，形成水喷砂流，则喷砂切削碎岩的实用性就更强了。

关键词：高压水射流磨料

加工原理：利用高压水射流技术加工各种金属和非金属材料的基本原理，冲击切削工件。工艺特点：可以加工很薄很软的金属和非金属材料，不需要或易于二次加工，安全、环保，成本低、速度快、效率高，可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛。水切割是目前适用性最强的切割工艺方法。

概述：

一、技术及其比较

1、超高压水射流技术

利用超高压技术可以把普通的自来水加压到250-400Mpa压力，然后再通过内孔直径约0.15-0.35mm的宝石喷嘴喷射形成速度约为800-1000m/s的高速射流，俗称其为水箭，该水箭具有很高的能量，可用来切割软基性材料。如果再在水箭中加入适量的磨料则几乎可以用来切割所有的软硬材料。调整水射流的压力和流量，可以用其清洗各种物体，如除胶、除漆、除锈等，我们还可以利用超高压技术进行高压灭菌、食品保鲜等许多对人类有益的工作。超高压水切割的特点

可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工（除水切割外其它切割方法都会受到材料品种的限制）；切割时不产生热量和有害物质，材料无热效应（冷态切割），切割后不需要或易于二次加工，安全、环保，成本低、速度快、效率高，可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛。水切割是目前适用性最强的切割工艺方法。

2、水切割与激光切割比较

激光切割设备的投资较大，目前大多用于薄钢板、部分非金属材料的切割，切割速度较快，精度较高，但激光切割时在切缝处会引起弧痕并引起热效应；另外对有些材料激光切割不理想，如铝、铜等有色金属、合金，尤其是对较厚金属板材的切割，切割表面不理想，甚至无法切割。目前人们对大功率激光发生器的研究，就是力图解决厚钢板的切割，但设备投资、维护保养和运行消耗等成本也很可观。水切割投资小,运行成本低,切割材料范围广,效率高，操作维修方便。

3‘水切割与等离子切割比较

等离子切割有明显的热效应，精度低，切割表面不容易再进行二次加工。水切割属于冷态切割,无热变形,切割面质量好,无须二次加工，如需要也很容易进行二次加工。

4、水切割与线切割比较

对金属的加工，线切割有更高的精度，但速度很慢，有时需要用其它方法另外穿孔、穿丝才能进行切割，而且切割尺寸受到很大局限，水切割可以对任何材料打孔、切割，切割速度快,加工尺寸灵活。

5、水切割与其它切割方法比较

对一些金属零件可采取冲剪工艺方法，效率高、速度快，但需要特定的模具和刀具，水切割与该切割方法相比柔性好，可随时进行任意形状工件的切割加工，尤其在材料厚、硬度高等情况下，冲剪工艺将很难或无法实现，而用水切割方法则较为理想；火焰切割也是金属领域常用的切割工艺，切割的厚度范围非常大，但与水切割相比其热效应明显、切割表面质量和

精度较差，另外水切割能很好地解决一些熔点高、合金、复合材料等特殊材料的切割加工。在玻璃、石材、陶瓷等切割加工行业，传统的方法是用金刚石刀具进行切、锯、铣等，切割的厚度范围非常大、速度较快，但对常规厚度的板材，水切割可进行高精度的任意曲线的切割加工，成品率高，降低生产成本，且大大提高加工产品的附加值。

二、磨料

磨料对高压水射流（俗称“水刀”、“水切割”）的性能有很大影响，尤其是磨料射流切割时，磨料的选择直接影响到切割速度和切割面的质量。

磨料的种类理论上很多。根据来源可分为天然磨料和人造磨料。天然磨料是将自然界中的矿物质经破碎筛分而成，通常容易杂质多，但造价便宜；二人造磨料是通过化学方法冶炼而成，纯度高，性能好，但制造工艺复杂、价格昂贵。

石榴砂的化学名称:铝(钙)硅酸盐,以中条山石榴石矿为原料,按现代工艺枝术精制而成,产品自锐性.磨效高.砂耗低,磨件光洁度好,该磨料介壳状断口,硬度适中,韧性好,边角锋利,可在不断粉碎分级中形成新的棱角和边刃,使其研磨能力优于其它磨料,它具有硬度高,比重大,化学性质稳定及其特有的自锐性优点,后面也被广泛用于水射流切割,因此又名水射流砂.

天然铁铝石榴石因其独特的物理特性，硬度高、切削能力适中、不含游离硅，成为最理想也最经济的高压水射流切割介质。

根据研究表明，用水射流切割任何材料，有一个最佳的磨料粒度，即相同射流压力、流量下，可在某一粒度下获得最大的切割深度，而增加或降低粒度，切割深度均相应降低。而且对于不同硬度的磨料，用于不同材料的切割，其效果各不相同。对脆性材料、塑性材料和较软的材料，对磨料的要求也不同。对于同种磨料，同种切割材料来说，不同的水压和沙流量，对切割的效果影响也很大。切割过程中，水压和沙流量也有一个最佳的状态。

目前，水射流级石榴砂主要为60目，80目和120目，基本为天然砂石筛选加工。其主要产地为印度、中国、美国、澳大利亚等地区，国内主要集中在河北邢台和连云港东海地区。在价格上，进口石榴砂价格较高，而国产砂价格低，质量也很好。

三、典型例子

1、在金属切割领域中的典型应用

（1）装饰、装潢中的不锈钢等金属切割加工

（2）机器设备外罩壳的制造（如机床、食品机械、医疗机械、电气控制柜等）

（3）金属零件切割（如不锈钢发兰盘的半精加工、钢板结构件、有色金属、特种金属材料等）

2、在玻璃切割领域典型应用

（1）家电玻璃切割（燃气灶台面、油烟机、消毒柜等、电视机）

（2）灯具

（3）卫浴产品（淋浴房等）

（4）建筑装潢、工艺玻璃

（5）汽车玻璃等

前景展望：新型的高压水射流切割机是高压水射流系统和数控及辅助系统组装而成，近年来快速发展的数控系统为提高水射流切割精度和二维、三维切割创造了条件。