第四节 水射流切割
水射流切割的原理
水射流切割的原理
水射流切割是一种利用高速水流和磨料混合物削减材料的加工技术，其原理是将高压水流加速到极高的速度，然后通过喷嘴将水流和磨料混合物喷射到待切割
材料的表面，形成高速冲击力和摩擦力，从而将材料切割。
水射流切割的原理是利用高速水流和磨料混合物的冲击力和摩擦力来削减材料。
水射流切割设备通过将水泵中的水加压到高压状态，然后将高速水流通过喷嘴喷
射到待切割材料的表面上。
同时，在水流中掺入磨料，形成水磨混合物，使水流具有更强的削减力。
高速水流和磨料混合物冲击材料表面时，会产生极高的冲击力和摩擦力，从而将材料切割。
水射流切割的原理具有多种优点。
首先，水射流切割可以切割各种硬度的材料，包括金属、陶瓷、石材、玻璃等等。
其次，水射流切割过程中不会产生热影响区，不会对材料的物理特性造成影响。
此外，水射流切割过程中产生的废料较少，对环境的污染也很小。
水射流切割的原理也存在一些局限性。
首先，水射流切割的切割速度相对较慢，需要较长的加工时间。
其次，水射流切割的设备价格较高，需要较大的投资。
此外，水射流切割的切割面质量相对较差，需要进行二次加工才能达到所需的精度。
高压水射流切割技术
高压水射流切割技术一、高压水射流加工简介近二十年来，随着科学技术的不断发展，人们不断的发掘着自然界中有益的现象并加以改造为人类服务。
为了提高效率，【1】人们将水加以高压，并使之从直径较小的喷嘴中喷出，形成一束高速、连续或间断的水流束，这便是高压水射流。
水射流加工(water Jet Cutting)又称水喷射加工，是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，俗称“水刀加工”，即利用高压水射流对各种材料进行切割、穿孔和工件表层材料去除等加工【1】。
与其他高能束流加工技术相比，水射流切割技术具有独特的优越性。
高压水射流切割法是一种新型的切割方法，可以切割用其他切割方法无法加工的材料，应用范围涵盖各种金属及非金属材料。
在切割过程中不会使被切割材料产生热影响区，切口边缘的材质不发生变化，这种切割方法的精度较高，适用于加工尺寸精度要求高的零部件。
高压水射流切割因其独特的优点而在切割领域占有重要地位，在矿业、土木工程、建筑业以及航空航天业中的应用日益广泛，应用前景良好。
二、高压水射流切割原理①高压水射流切割示意图1-水箱 2-过滤器 3-水泵 4-蓄能器 5-液压系统6-增压器 7-控制器 8-阀门 9-喷嘴 10-工件 11-水槽【2】高压水射流切割是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵至增压器，再经贮液蓄能器使高压液体流动平稳，最后由人造蓝宝石喷嘴形成300-900m/s（约为音速的1-3倍）的高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的。
高速液体束流的能量密度可达102W/mm2,流量为7.5L/min【2】。
储存在水箱中的水经过滤器处理后，由水泵抽出送至蓄能器中。
液压系统驱动增压器，使水压增高。
高压水经控制器、阀门和喷嘴喷射到工件的加工部位进行切割。
切割过程中产生的切屑和水混合在一起，排入水槽。
【3】利用增压装置将水加压到几十至数百兆帕后从喷嘴中喷出形成高压水射流。
高压水射流本身具有较高的刚性，在与工件发生碰撞时，会产生极高的冲击动压和涡流。
水射流技术原理
先进制造技术课程论文论文题目：水射流切割的技术原理、设备、技术特点及实际应用分析系部：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：xxx年月日绪论高压下,由喷嘴发出的高速水射流,具有很大的能量,足以切割坚硬的材料(包括金属和非金属);如果向水射流中加入某种固体硬颗粒,则称为磨料水射流,它具有更大的能量,可以切割更硬更厚的材料,这就是水射流切割技术的简单描述。
尽管早在古代,人们就已懂得“滴水穿石”的道理,然而直本世纪60年代,才真正把这个简单原理变成水射流切割工业技术;而磨料水射流技术的应用,还不到10年时间,所以这是一项新兴技术。
然而,近年来发展很快,迄今全世界已有几十个国家,共拥有大约2000个水射流切割系统。
尽管如此,当前这项技术仍处于初级发展阶段,技术尚不成熟,在理论与实践方面,都有许多空白,有待填补。
这项技术起步较晚的原因在于,它涉及到超高压技术,因而对材料、制造工艺、设计方法、理论分析、控制手段、经济承受力等提出了严格要求。
开发和应用这项技术,与一个国家的综合发展水平和国力强弱有密切关系。
我国已在近年里,逐渐开展研究和应用,尤其在理论研究方面,已取得许多成果,但在制造技术方面,却有较大差距,有待解决。
多年的实践证明,水射流切割技术,独具特点,是现代机械加工及技术发展中不可缺少的组成部分,具有很强的生命力,必须充分予以重视,有计划地研究、开发和应用。
现代的高压水射流切割作为一门高新特技术涉及的学科领域较多，如超高压理论、流体动力学、特种材料、材料力学、弹性力学、制造工艺学、高压密封技术、自动控制理论等现代科技内容，其自身是一种标准的机电液一体化产品，其卓越的应用效果更集中体现在高科技产品制造上。
某种意义上讲，水射流技术的研究与应用也成为了一个国家综合科技水平和经济实力的标志。
第一章水射流切割技术原理水射流切割技术的基本原理是将少量的水加压到极高的压力(高于380MP)迫使高压水通过一个小孔(直径0.1~0.5smm),以高速冲击工件,速度可达约915m/S(视压力而定)。
水射流切割技术及其应用
水射流切割技术及其应用摘要：本文对水射流切割机原理及设备进行了阐述，并介绍了水切割的优点及其在城轨车辆部件铝合金板材下料中的应用。
关键词：水切割加砂水切割增压泵石榴砂铝合金0前言由于用途广泛且易于操作，水射流切割已成为世界上发展最快的主要机床加工技术之一，其加工的能力是无限的，通过使用超高压水进行切割能带来更高的效率和生产力。
它只需要少数的辅助操作，无需加热区域、无热变形或者其它切削方法导致的机械变形，能够加工狭窄的缺口，能够让原材料得到更好的使用。
它可以切割任何材料，并保持切口光滑平整。
目前我公司已大量使用水切割来进行城轨车辆制造铝合金板材的下料，获得了显著的经济效益。
1水切割原理水射流切割技术又称超高压水切割。
当水被加压至很高的压力并且从特制的喷嘴通过时，可产生一道每秒达近千米（约音速的三倍）的水箭，此高速水箭可切割各种软质材料包括食品、纸张、橡胶及泡棉，此种切割被称为纯水切割。
而当少量的砂如石榴砂被加入水射流中与其混合时，所产生的加砂水射流可切割任何硬质材料，包括金属、复合材料、石材和玻璃。
超高压水的形成关键在于高压泵。
绝大多数水切割高压泵使用增压器增压。
增压器的工作过程一般是从油泵来的低压油推动增压器的大活塞，使其往复运动，大活塞的活动方向则由换向阀自动控制。
另一方面，供水系统先对水进行净化处理，然后由水泵打出低压水，进入增压器的低压水被小活塞增压后压力升高。
由于高压水是经增压器的不断往复压缩后产生，而增压器的活塞需要换向，势必使从喷嘴发出的水射流压力是脉动的。
为获得稳定的高压水射流，需将产生的高压水进入储压器然后再流到喷嘴，从而达到稳定压力的目的。
经过高压泵所产生的高压水经由高压管路流入切割刀头而直达被加工材料，因此另一个关键环节是节流喷嘴。
喷嘴一般采用红宝石、蓝宝石或金刚石，直径通常是0.1mm至0.5mm，水流通过喷嘴后以1000m/s的速度喷出。
图1为水射流工作原理图。
2水切割机设备水切割加工设备的组成包括：增压泵（超高压泵）、水切割切割头装置、数控切割机台、高压管道、智能型控制器、磨料供给系统、软化水处理装置等。
水射流切割工艺介绍
水射流切割工艺介绍加工材料的先进方法之一是用高压液体射流切割。
美国在1961年已获得专利。
但是，在俄罗斯第一次发表这题目是在40年代中期。
而在80年代末才由莫斯科金属切削机床实验科学研究所开始深进研究。
1997年的汉诺威和1999年的巴黎EMO展览会上证实，该方法有了很大发展，且在该领域中的技术进步十分明显。
仅在巴黎就展出3台大型的工作装置，它们是Flow公司（德国）、Bystronic公司（瑞士）和Digital Control公司（法国）的。
专门从事机械冲床和激光打孔机的Trumpf公司（德国）亦开始在研制水射流切割装置。
水射流切割法的工艺特点水射流切割是水射流或磨料水混合物在压力达400MPa下，以速度达100m/s从直径0.1mm~0.2mm的喷嘴中射出进行的切割。
在磨料水切割时，射流从喷嘴通过小直径（约1mm）硬质合金喷管喷出，并借助于在喷管进口喷射，从专用料斗中吸进磨料粉。
水射流的动能将传给磨料颗粒，从而从被切割毛坯上往除微屑。
这时，实际上在毛坯上完全没有热和力的作用，故切口表面不变形，且无毛刺及材料的组织畸变。
当切割功率达30kW以上时，工作头可用手或机器人的夹持装置自由握住。
机器人的微处理器数控装置可在空间任意角度下实现切割。
水射流装置可切割板料、精确直角、打小孔、开窄槽和完成位于很近的型面（其中包括非导热材料）。
切口可从制件表面的任意点开始。
切口宽度较小（在水切割时为0.1mm~0.3mm，在磨料水切割时为1mm~1.5mm），从而可保证节约材料，降低能耗。
工艺过程具有柔性的生态洁净的特点，通常可用于完成要求快速重调设备的单件订货。
各种方法切割板料的评定结果列于表1（根据Flow公司的数据）。
表1 各种切割方法的比例主要工艺参数是生产率或切割速度V。
对大多数水射流装置：V=0.001m/min~12m/min，切割精度±0.1mm。
表2列举出了Flow公司关于磨料水切割各种材料的速度与毛坯厚度有关的数据。
2014-03-水射流加工讲解
磨料水射流切割
一套完整的水切割设备由超高压系统、水刀切割头装置、水刀
切割平台、CNC控制器及CAD/CAM切割软件可以用来切割任何物质，如：钢材、钛、 合金、复合材料、大理石、陶瓷、防弹玻璃、玻璃钢、钢筋混凝土 制品、玉石、核原料、炸药及各种易燃易爆物质。 广泛应用于建筑、装饰、机械、航空航天、船舶、汽车、石
一种是采用水泵和增压器，可获得100～1000MPa的超高压和0.5～
25L/min的小流量的水流。
磨料水射流切割
磨料水射流切割：
磨料水射流是普通水射流的发展，其实质就是在高压水射流中添
加一定数量、具有一定质量和硬度的磨料颗粒而形成液固两相射流。 由于在水中混入磨料颗粒，从而改变了水射流的流动特性和对物 体的作用方式。 将连续水射流的等速和对物体的静压作用改变为高速运动的磨
料颗粒对物体的高频冲蚀和磨削作用。
磨料水射流切割
磨料水射流的切割机理 磨料水射流的切割过程是射流与材料之间的相互作用过程在一
定的切割进给速度下，磨料射流的一部分以恒定的速度射向材料；
另一部分则随着射人深度增加切割效力减弱，于是切割面沿进 给方向出现弯曲。 由于磨粒自身惯性较大，并不随水射流载体偏转，因而导致磨 粒与水射流分离和磨粒在局部过分集中冲蚀。磨粒加速度越大，分
离折射角越大，集中冲蚀就越剧烈。
磨料水射流切割
磨料水射流的分类 根据磨料加入位置的不同，可以将其分为： 后混式磨料水射流 前混式磨料水射流。
磨料水射流切割
后混合磨料高压水射流切割技术原理：
后混合磨料水射流
是指高压水经水喷嘴形
成水射流后与磨料颗粒
进行混合的，它的混合
机理如图所示。
磨料水射流切割
前混合磨料高压水射流切割技术原理： 前混合磨料高压水射流切割是指为了提高水射流的切割效果，在 压力达到数十至数百兆帕的高压水中加入磨料颗粒，进而通过特殊 设计的孔径很小的喷嘴以数百米每秒(通常为2～3倍音速)的高速度
水射流切割的原理与特点
郑州中天建筑节能有限公司水射流切割的原理与特点1、水射流(wj、awj)加工技术起源作为一项独立而完整的加工技术，高压水射流(wj)、磨料水射流(awj)的产生却是最近三十年的事，利用高压水为人们的生产服务始于十九世纪七十年代左右，用来开采金矿，剥落树皮，直到二战期间，飞机运行中“雨蚀”使雷达舱破坏这一现象启发了人们思维。
直到本世纪五十年代，高压水射流切割的可能性才源于苏联，但第一项切割技术专利却在美国产生，即1968年由美国密苏里大学林学教授诺曼•弗兰兹博士获得。
在最近十多年里，水射流切割技术和设备有了长足进步，其应用遍及工业生产和人们生活各个方面。
许多公司和工厂竞相研究开发，新思维、新理论、新技术不断涌现，形成了一种你追我赶的势头。
目前已有多套水射流切割设备在几十个行业应用，尤其是在航空航天、舰船、军工、核能等高、尖、难技术上更显优势。
已可切割500余种材料，其设备年增长率超过20％。
调速切割台采用电子调速装置，主要针对各类小型炮弹、自制水管炸弹等危险物实施切割销毁作业小型炮弹被安全切开，黑色物质为填充炸药炮弹切割2.高压水射流加工系统构成与增压原理高压水射流基本原理归之为：运用液体增压原理，通过特定的装置（增压口或高压泵）,将动力源(电动机)的机械能转换成压力能，具有巨大压力能的水在通过小孔喷嘴(又一换能装置)，再将压力能转变成动能，从而形成高速射流(wj)。
因而又常叫高速水射流。
高压水射流系统，主要由增压系统、供水系统、增压恒压系统、喷嘴管路系统、数控工作台系统、集水系统及水循环处理系统等构成。
油压系统低压油(10～30mpa)推动大活塞往复来回移动，其方向由换向阀自动控制。
供水系统先对水进行净化处理，并加入防锈添加剂等，然后由供水泵打出低压水从单向阀进入高压缸。
增压恒压系统包括增压器和蓄能器两部分，增压器获得高压，即利用大活塞与小活塞面积之差来实现，理论上：a大•p油=a小•p水, p出水=a大/a小•p油, 增压比即大活塞与小活塞面积之比，通常为10：1～25：1，由此，增压器输出高压水压力可达10mpa~40mpa。
水切割的原理及应用
水切割的原理及应用科目：先进制造系统导论专业：机械设计制造及其自动化学号：*********姓名：XXX水切割的原理及应用摘要：水切割也称水射流切割或水刀切割。
高压水射流切割是一种特殊的加工方法。
它利用增压器将水加压，达到10MPa一400MPa甚至更高的压力。
水获得压力能，再从细小的喷嘴喷射而出，将压力能转换为动能，从而形成高速射流。
切割正是利用这种高速射流的动能对工件的冲击破坏作用，达到切断、成形的目的。
高压水射流既不同于传统加工的铣、刨、磨、削，也有别于一般的剪切和冲裁。
它属于高能切割。
高压水射流切割就是把高压水射流的动能作为切割能，对材料进行冲蚀和挤压、破坏，以达到切割的目的的一种新工艺。
它最大特点是非热源的高能量射流束加工，切割过程中无热产生，故可以切割所有的金属和非金属材料，特别是各种热切割方法难以切割的材料。
具有：切口快、切口平整、无尘埃、无热变形、无污染、减少材料浪费等特点。
可切割：钛合金、铜板、钢板、铝板、铸铁、花岗岩、大理石、瓷砖、化纤、木材、布匹、纸张、皮革、塑料等材料。
已应用于航空、军工、石材、建筑、装潢等精加工领域。
关键词：水刀，超高压，高能量，安全，成本低，无污染，高速度，精加工。
水在人们的概念里往往是“柔”、“软”的代表，然而自古就有水滴石穿之说。
以柔克刚水滴石穿给水赋予了新的定义，如今利用柔软的水也能够进行切割物体了，不论是纯钢的钢板还是坚硬的石头，在水刀面前变得轻而易举。
高压水射流加工技术正是利用与水滴石穿相同的原理，把动量加大，缩短时间，达到断石、断铁、切割的目的。
人们在很早的时间就开始利用很高压力的水进行材料的加工和切割。
1870年前后，美国在加利福尼亚的金矿中用增压后的水流开采矿石，俄国人也曾用水采煤。
在上世纪60年代，密苏里大学林业系的诺曼·弗朗兹教授发明了高压水射流的切割实验装置。
该装置的核心是一个单缸增压器，压力可以达到344.7MPa(s000opsi)，用这样的高压水可以来切割木材。
《特种加工》课程教学大纲
《特种加工》课程教学大纲一、课程基本概况课程名称：特种加工课程名称(英语）:Non-Tradition Machining（NTM）课程编号:BL04110/ZL04089课程总学时:28课程学分：1.5课程分类：选修开设学期：7适用专业：机械设计制造及其自动化专业/机械设计与制造先修课程：金属工艺学、金属切削原理与刀具、机械制造工艺二、课程的性质、目的和任务《特种加工》是机械设计制造及其自动化/机械设计与制造专业的一门专业任选课程。
开设目的是使学生初步了解除常规切削加工以外的新的加工方法，掌握常用的几种现代加工方法的特点和适用范围。
其主要任务是：1、培养学生对物理、化学、电工、液压、机械等多门课程各种学科知识的综合应用能力,巩固并深化前期课程。
2、通过本课程使学生了解电火花加工、电化学加工、超声加工、激光加工、电子束和离子束加工以及快速成形技术、化学加工、磨料加工等特种加工方法的基本原理,基本设备,工艺规律，主要特点和适用范围，从而具有能合理选择加工方法的基础知识，提高其解决工艺难题的能力，以适应当今社会制造业发展的需求。
三、主要内容、重点及深度第一章概论（一）目的要求使学生了解特种加工产生的背景和发展过程，及特种加工的分类及影响。
（二）教学重点:特种加工的主要特点和特种加工的分类（三）教学难点：理解特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响。
（四）教学内容(2学时）第一节特种加工的产生及发展第二节特种加工的分类第三节特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响第二章电火花加工（一）目的要求通过本章的学习,掌握电火花加工的基本原理和加工机理；了解电火花穿孔成型加工的各种加工方法，理解电火花加工用脉冲电源、自动进给调节系统及电火花加工机床；掌握电火花加工中电规准的选择和转换的原则,运用原理控制加工精度、表面粗糙度、蚀除速度等.（二）教学重点:电火花加工概念及加工特点、极性效应、加工速度和损耗速度、自动进给调节系统的作用、电规准。
水射流切割
表9-7 某些材料水射流加工的切割速度
材 料 厚度/mm 喷嘴直径/m 压力/MPa 切割速度/
m
(m·)
吸声板
19
0Байду номын сангаас25
310
1．25
玻璃钢板 3．55
0．25
2、 具有很强的切割力, 可切断180mm厚的钢板、 250mm厚的钛板、470层每层厚达65mm的石墨环 氧树脂合成板、5m 厚的石材或混凝土等。
3、因为是点能源切割, 切割反力很小, 只有十几公斤, 因而便于全方位自由切割形状复杂的工件, 便于自动 控制, 实现柔性加工。
水射流切割圆锥齿轮
水射流切割厚钢板
4、切口质量好且窄, 最小切口宽只有0.075mm公差可达 到0.06mm-0.25mm;光洁度可达Ra2-7um, 表面平整光滑, 不必二次修整, 可节省材料和工时。
5、因为是湿法切割, 无粉尘、烟雾、火花、气味等, 属 于清洁安全切割, 劳动条件好, 噪音不超过90dB。
6、生产效率高, 一套系统可配置多喷嘴同时作业, 工件可 一次达到尺寸要求。
图9-17水射流喷嘴角度
表9-6 水射流切割的加工参数
液体能 喷嘴 性
种类：水或水中加入添加剂 添加剂：丙三醇(甘油)、聚乙烯、 长链形聚合物 压力：70～415MPa 射流速度：300～900m/s 流量：达7．5L/min 射流对工件的作用力：45～134N
材料：常用人造金刚石，也有用淬 火钢、不锈钢的 直径：0．05～0．38mm 角度：与垂直方向的夹角0°～30 °
7、可在水中或几百米深的水下切割。 8、可加工很薄的工件、很软的金属和非金属材料，加工 缝隙窄，可节约材料和降低加工成本。
特种加工 第九章(2)
2.减磨表面 2.减磨表面 由于微弧氧化后可以使之成为含有微空隙 的陶瓷表面，在使用传统润滑剂时摩擦因数 可降低为0.12~0.06。如果在微空隙中填充 可降低为0.12~0.06。如果在微空隙中填充 以二硫化钼或聚四氟乙烯等固体润滑剂，则 有更好的减摩擦、磨损效果，可用于汽车、 摩托车活塞或其他需低摩擦因数的场合。
（3）材料去除速度 材料去除量一般为 0.01～ 0.01～0.1mm 多件同时加工 （4）加工精度 是一种表面加工技术，不能修 正零件的形状误差。切削均匀性可以保持在 被切削量的10％以内，不会破坏零 被切削量的10％以内，不会破坏零
三、粘弹性磨料介质 粘弹性磨料介质由一种半固体、半流动性 的高分子聚合物和磨料颗粒均匀混合而成。 这种高分子聚合物是磨料的载体，能与磨粒 均匀粘结，而与金属工件则不发生粘附。它 主要用于传递压力，携带磨粒流动以及起润 滑作用。 磨料一般使用氧化铝、碳化硼、碳化硅、金 刚石粉。
3.耐腐蚀表面 3.耐腐蚀表面 能耐酸、碱、海水、盐雾等的腐蚀，可用 作化工、船舶、潜水艇、深水器械等设备的 防腐保护层。
4.电绝缘层 4.电绝缘层 电阻率可达到10 电阻率可达到106~1010 cm。很薄的陶 cm。很薄的陶 瓷表层，其绝缘强度可达几十兆欧以上， 耐高压100~1000V。可以用于既要良好导 耐高压100~1000V。可以用于既要良好导 电，又要良好绝缘性能的精密、微小的特 殊机构中。
磨料必须清洁、干燥，并且经过仔细的 筛选分类。磨料通常不能重复使用。因为 磨损的或混杂的磨料会使加工性能降低。 用于磨料喷射加工的磨料必须是无毒 的，并且需要安装和使用完善的粉尘控制 装置。因为在磨料喷射加工过程中有可能 产生硅尘，对健康有害。
工厂中的压缩空气如果没有经过充分 的过滤以去除湿气和油，不能作为运载气 体。 氧气不能用作运载气体，这是因为氧 气与工件材料碎屑或磨料混合可能产生强 烈的化学反应。
超高压水射流切割及其应用课件
控制系统
调节压力、流量和切割头 的运动轨迹。
01
02
03
04
05
高压泵
用于产生超高压水射流， 是切割设备的核心部件。
压力容器
储存高压水，并确保水质 的纯净度。
辅助工具
包括冷却系统、清洁设备 和安全防护装置。
工具种类
01
02
03
喷嘴
根据切割需求选择不同孔 径和形状的喷嘴，以控制 水射流的形状和方向。
超高压水射流切割及其应 用课件
目录
• 超高压水射流切割技术简介 • 超高压水射流切割设备与工具 • 超高压水射流切割应用领域 • 超高压水射流切割技术的前景与挑战 • 超高压水射流切割技术应用案例
01
超高压水射流切割技术简介
技术原理
高速水流切割
超高压水射流切割技术利用超高压水流对材 料进行高速冲击，从而达到切割的目的。
拓展切割材料范围
加强超高压水射流切割技术对不同材料的研究和 应用，拓展可切割材料的种类和范围。
05
超高压水射流切割技术应用案例
案例一：金属板材切割
总结词
高效、精准、环保
详细描述
超高压水射流切割技术广泛应用于金属板材切割，具有高效、精准和环保的优 点。相比传统的切割方法，超高压水射流切割能够减少材料浪费，提高切割效 率，同时减少对环境的污染。
案例四：其他行业应用
总结词
适用性强、应用广泛
详细描述
超高压水射流切割技术还广泛应用于建筑、航空、汽车、玻璃等行业。该技术能够满足各种复杂形状 和材料的切割需求，具有广泛的适用性和灵活性。
感谢您的观看
THANKS
切割材料有限
超高压水射流切割技术对材料的切割效果受到材料硬度、 韧性和化学成分等因素的影响，目前仍难以实现对各种材 料的广泛适用。
高压水射流切割技术研究讲解学习
高压水射流切割技术研究高压水射流切割技术研究刘玉坤天津大学机械学院机械制造及其自动化专业2013级硕士生摘要：水射流切割，又称水刀切割，是一种利用高压水流切割的机器。
在电脑的控制下能任意雕琢工件，而且受材料质地影响小。
因为其成本低，易操作，良品率又高，水切割正成为工业切割技术方面的主流切割方式。
关键词：水刀切割高压工艺参数0前言水刀是一种利用高压水射流进行切割材料的设备。
利用超高压技术可以把普通的水加压到250~400MPa，然后再通过内径约0.15~0.25 mm的宝石喷嘴形成速度为800~1 000 m/s的高速射流，从而切割软基性材料。
如果在水射流中加入适量的磨料，则几乎可以用来切割所有的软硬材料。
除切割功能外，通过调整压力和流量，水射流还可以用于清洗各种物体，如除胶、除漆、除锈等。
水刀切割不使用有毒气体或液体，不会产生有毒的物质或蒸气，表面不留任何机械变形，具有冷切割、清洁、精度高和材料损耗低等优点，在航空航天、汽车制造、金属加工、电子工程等领域中有着广泛的应用[1]。
现在水刀被认为是世界上功能最多样、增长速度最快的一种加工技术，与其他技术如铣床、激光、EDM、等离子和刨床等相辅相成。
高压水射流切割的分类：以加沙的情况来分：分为无沙切割和加沙切割。
以设备来分：分为大型水切割和小型水切割。
以压力来分：分为高压型和低压型，一般以100 MPa为界限。
100 MPa以上为高压型，100 MPa以下为低压型。
而200 MPa以上为超高压型。
以技术原理来分：分为前混式和后混式。
高压水射流切割的特点：1）数控成型各种复杂图案；2）属冷切割、不产生热变形；3）无污染、不产生有毒气体及粉尘；4）可加工高硬度或比较柔软的材料；5）是一些复合材料，易碎瓷材料复杂加工的唯一手段；6）切口光滑、无熔渣，无需二次加工；7）可一次完成钻孔、切割、成型工作；8）生产成本低；9）自动化程度高；10）24 小时连续工作。
水射流切割加工
应用领域
汽车工业 航天工业 石材及陶瓷业 造纸业 食品业
应用领域
(续)
应用领域
(续)应用领域Fra bibliotek(续)应用领域
(续)
应用领域
(续)
应用领域
(续)
性能
加工精度：0.002mm～0.2mm 切缝宽度：0.1mm～1mm （WJ） 1mm～2mm （AWJ）
切割速度 (mm/min) 切割材质 切割材质厚度 10 mm 20 mm 1,650 2,600 5,500 ...1,070 740 1,170 480
3.8 水射流切割加工 一、水射流切割原理
水射流切割是利用高速、高压的 液流对工件的冲击作用来去除材料的。 使水获得压力能的方式有两种： 一种是直接采用高压水泵供水，压力 可达35～60MPa;一种是采用水泵和增 压器，可获得100～1000MPa的超高压 和0.5～25L/min的小流量的水流。
二、水射流切割的特点 ① 常温切割，材料无结构变形和热变形。 ② 切割力强，可切割180mm厚的钢板和250mm厚的钛板等。 ③ 切口质量较高，切口表面平整光滑，无毛刺，切口公差可 达±0.25～ ±0.06mm，切口宽度可达0.015mm，节省材料。 ④ 操作灵活方便，可在任何部位进行切割，特别适宜复杂工 件的切割。 ⑤ 属湿性切割，无屑沫飞溅，工作环境清洁卫生。
276.86 187.45 183.38
169.92 115.06 112.52
117.3 251.2
198.1 423.41
263.14 562.35
161.54 345.18
⑥ 设备价格昂贵，水射流喷嘴磨损严重，需经常更换。
三、水射流切割的应用 ① 广泛用于汽车、造船、航空航天等行业切割钢板、塑料、 石棉、橡胶及各种复合材料等。 ② 用于铸造厂、锻造厂清理毛坯表层的型砂和氧化皮。 ③ 还可对高硬的金属材料及非金属材料进行车削、铣削和钻 削等。
特种加工 第6版 教学作者 白基成 第九章 其它特种加工
（一）照相制版的原理和工艺
❖ 2.工艺过程
（3）曝光、显影和坚膜 （4）固化
❖在一定温度下，对感光坚膜后的胶膜固化，提高其 抗腐蚀能力。
（一）照相制版的原理和工艺
❖ 2.工艺过程
属于超精加工范畴
第五节磁性磨料研磨加工和磁性磨料电 解研磨加工
一、基本原理
❖ 磁力研磨原理
兼具可磁化和研磨两种 性能的磁性磨料在磁场 中沿磁力线方向有序排 列形成磁力刷，当放入 N-S极中间的工件相对运 动时，磨料去除工件表 面极薄的一层金属及毛 边，将表面逐步整平以 达良好的研磨效果。
图9-18磁性磨料研磨加工原理 1-工件2-磁性磨料3-磁极 4-励磁线圈5-铁心
（一）照相制版的原理和工艺 ❖ 2. 工艺过程
原照 图相
金 属 版
涂 感 光 胶
曝 光
显 影
坚 膜
烘 烤
修 正
腐 蚀
去 胶
印 刷 版
（一）照相制版的原理和工艺
❖ 2.工艺过程
（1）原图和照相 ❖原图是将所需图形按一定比例放大描绘在纸上或刻在 玻璃上，然后通过照相，将原图按需要大小缩小在照 片底片上。
❖ 化学铣切的缺点 不适宜加工窄而深的槽和型孔等； 原材料中的缺陷和表面不平度、划痕等不易消除； 腐蚀液对设备和人体有害，需要适当的保护措施。
一、化学铣切加工
❖ （二）化学铣切工艺过程
表 面 预 处 理
涂 保 护 层
固 化
刻 形
化 学 腐 蚀
清 洗
去 保 护 层
一、化学铣切加工
❖ （二）化学铣切工艺过程
水切割技术
图2-2 水射流喷嘴结构
水射流（图2-2）：用高压泵将普通水介质增压至100 ~ 400 MPa，然后通过一个大约0.15~0.4mm的节流小孔（宝石）以 900~1000m/s的速度喷出，从而形成高速、高能、高穿透力水束— —即高速水射流。
适于切割皮革、软木、塑料、丝棉织品、石棉水泥制品、地毯、纸板、软 橡胶、金属箔片、薄木片等，不适于切割硬质材料。
清洗、剥层、除垢、除锈、制粉、除鳞、铸件清砂、喷雾、
浆体输送、注水、(旋喷)注浆、水刺和消防等各种用途。
2
2.6.2 水射流切割技术类型及特点
起源于苏格兰 1936年被美国和苏联用来采煤和采矿 1956年前苏联用来切割岩石 1968年美国在高压水中加入磨料
3
图2-1 水射流及磨料水射流喷嘴
24:1
最大排出量／(L／min)
2.7
增压器冲程数／(次／min)
60
可用最大喷嘴直径／mm
0.3
最大切割尺寸／m2
1500×2000
切割功能
任意平面、曲线
切割精度／mm
±0.05
油泵排量／(L／min)
100
油泵压力／MPa
20
液压油箱容量/L
180
油泵电机功能
37 kW／4P
电源电压／V
380(±10％)
就是切割刀具。
6
2.6.3 水射流切割设备
图2-4 典型水射流加工中心 图2-4为典型的磨料水射流加工中心。主要包括：CNC控制器、超高压发生 器、水射流切割头（喷嘴）、运动系统、磨料输送系统、接收装置等。
7
表2-1 超高压数控万能水射流切割机主要技术参数
项目内容
参数
最高压力／MPa
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四、实际应用
• 美国汽车工业中用水射流来切割石棉制动 片、橡胶基地毯、复合材料板、玻璃纤维 增强塑料等。航天工业用以切割高级复合 材料、蜂窝状夹层板、钛合金元件和印制 电路板等，可提高疲劳寿命。
2、 具有很强的切割力, 可切断180mm厚的钢板、 250mm厚的钛板、470层每层厚达65mm的石墨环 氧树脂合成板、5m 厚的石材或混凝土等。
3、因为是点能源切割, 切割反力很小, 只有十几公斤, 因而便于全方位自由切割形状复杂的工件, 便于自动 控制, 实现柔性加工。
水射流切割圆锥齿轮
水射流切割厚钢板
412
0．0025
环氧树脂石 6．9 墨
0．35
412
0．0275
皮革
4．45
0．05
胶质(化学) 10 玻璃
0．38
412
0．0091 0．07
聚碳酸酯 5
聚乙烯
3
苯乙烯
3
0．38
412
0．05
286
0．075
248
0．10 0．0092 0．0064
三、水切割的优点
1、 因为是冷切割, 对材料无热损伤, 也无热变形，这 对许多高性能或热敏感材料尤为可贵。这是其它加 工方法, 如火焰、激光、等离子、锯切等所无可比拟 的。可以说, 它对被切材料无选择性, 因而能做到一 机多用。
图9-17水射流喷嘴角度
表9-6 水射流切割的加工参数
液体能 喷嘴 性
种类：水或水中加入添加剂 添加剂：丙三醇(甘油)、聚乙烯、 长链形聚合物 压力：70～415MPa 射流速度：300～900m/s 流量：达7．5L/min 射流对工件的作用力：45～134N
材料：常用人造金刚石，也有用淬 火钢、不锈钢的 直径：0．05～0．38mm 角度：与垂直方向的夹角0°～30 °
水射流切割原理图 1-带过滤器的水箱 2-水泵 3-储液蓄能器 4-控制器 5-阀 6-蓝宝石喷嘴 7-工件 8-喷射距离 9-液压机构 10-增压器
二、材料去除速度和加工进度
切除速度取决于工件材料，并与所用功率大 小成正比、和材料厚度成反比，不同材料的切割 速度如表9-7所示。
切割精度主要受喷嘴轨迹精度影响，切缝大 约比采用的喷嘴孔径水大射0流.切0割25mm，加工复合材料 时，采用射流速度要高，喷嘴直径要小，并且有 小的前角，喷嘴紧靠着工件，喷射距离要小。喷 嘴越小，加工精度越高，但材料去除速度降低。
4、切口质量好且窄, 最小切口宽只有0.075mm公差可达 到0.06mm-0.25mm;光洁度可达Ra2-7um, 表面平整光滑, 不必二次修整, 可节省材料和工时。
5、因为是湿法切割, 无粉尘、烟雾、火花、气味等, 属 于清洁安全切割, 劳动条件好, 噪音不超过90dB。
6、生产效率高, 一套系统可配置多喷嘴同时作业, 工件可 一次达到尺寸要求。
第四节 水射流切割
一、基本原理
水射流切割又称液体喷射加工，是利用高压高 速的水流对工件的冲击作用去除材料的，有时简 称水切割，或俗称水刀。
采用水或带有添加剂的水，以500~900m/s的 高速冲击工件进行加工或切割。水经水泵后通过 增压器增压，储液蓄能器使脉动的液流平稳。水 从孔径为0.1~0.5mm的人造蓝宝石喷嘴喷出，直 接压射在工件加工部位上。加工深度取决于液压 喷射的速度、压力以及压射距离。被水流冲刷下 来的“切屑”随着液流排出，入口处束流的功率 密度可达到1000KW每平方毫米。
功率：达38kW 切割速度(即进给速度)：见表9⁃7 切缝宽度：0．075～0．41mm 压射距离：2．5～50mm，常用的 为3mm
表9-7 某些材料水射流加工的切割速度
材 料 厚度/mm 喷嘴直径/m 压力/MPa 切割速度/
m
(m·)
吸声板
19
0．25
310
1．25
玻璃钢板 3．55
0．25