水射流切割

水射流切割的特点




1．无切割方向的限制，可完成各种异形加 工； 2．水刀在工件上所产生的侧向力极小，可 降低设定时间及节省使用夹具成本； 3．水刀加工不会产生热变形，不需二次加 工，可节省时间及制造成本； 4．水刀加工切割速度快，效率高，加工成 本低。
水射流切割的优点




1．可以轻松地切割不锈钢板或坚硬的大理石、花 岗岩等，对那些因其他 方法难以切割的材料如芳纶、钛合金等各种复合材 料更是非常理想或唯一的加工手段。 2．切割时不会产生裂痕，它可以切割间隙很窄的 材料。一般而言，纯水切割其切口约为0.1mm至 1.1mm，加砂切割其切口约在0.8mm至1.8mm之间.。 随着砂喷嘴内孔直径扩大其切口也就愈大。 3．可作全方位的切割，包括各种形状、角度或斜 度； 4．不需要进行磨边等二次加工，在切割过程中还 可以减少飞尘，改善工作环境。

可以采取以下安全措施： 1、在高压水射流切割区的周围应设置隔 离屏，以防止加工过程中人体遭受喷出的 水射流及飞散的水珠冲击作用； 2、检查或更换切割喷嘴时，必须把高压 水的压力释放到安全程度，否则不可进行 操作，以免发生事故； 3、操作人员至少要戴防护镜，最好戴防 护面罩。

二、噪声及其防止 高压水射流加工时，水射流的流速可达 100～600m/s，在空气中喷出会产生很大 的噪声。


磨料供给系统：包括料仓、 磨料、流量和输送管。料仓 形状和料仓内的网筛要保证 磨料供给通畅、不至堵塞。 流量阀应能控制磨料流量的 通断和大小，还应能排除输 送管中的水分。 切割头装置：切割头包括高 压水开关阀和宝石喷嘴、水 /磨料混合室和混合管。混 合管是易损件。以前用硬质 合金制造，精切割时使用寿 命约2h，精切割寿命约10h。 现改用工程陶瓷材料寿命高 达20～100h。


高压水射流切割时的主要安全技术问题是 防止高压水射流及其飞溅水珠的冲击、噪 声及触电等。 一、高压水射流对人体的危害及防止 高压水射流具有很大的冲击力，直接喷 射到人体上将造成很大的伤害。即使是采 用水射流进行冲洗或剥离加工，压力为 25MPa左右的水射流也能贯穿人体；而切 割加工所用的水压力高达196～294MPa， 这种高压水射流很容易切断人骨。另外， 如果反冲飞散出的水珠射入人眼，也会使 眼睛受到损伤。因此，必须防止高压水射 喷射到人体上。



供水系统：是将水质软化，使PH值达到6～8， 并精滤到0.5μm以下。蓝宝石水喷嘴的工作寿 命取决于水质，直接用自来水时寿命仅为34h， 用软化水寿命为78h，用混合层软水寿合高于 200h 。 增压系统：增压系统是设备的关键部分，其核 心是增压器。增压比一般选10:1～20:1。在 420MPa时将被压缩12％。为使水压稳定在上 5％之内，需在增压器与喷嘴之间设置蓄压器。 增压缸和蓄压缸都是超高压压力容器，因此要 有足够的疲劳强度和工作寿命。 高压水路系统：高压水路连接增压系统和切割 头装置。要采用超高压钢管和旋转接头，钢管 要有挠钩性，各类接头要小巧、可靠、灵活， 旋转接头要有多种旋向型式和一定的工作寿命。
水射流切割的精度

严格来讲，数控水刀虽然比火焰、等离子 切割机床可以更精确的切割，但还不是精 密加工机床，应该不能标注精度。在切割 10mm以下的板料时，把切割速度和补偿控 制得恰到好处，误差可以做到+-0.1mm。
水射流切割能切割的最大厚度


由于水射流的靶距是不确定的或者说是变 化的，数控水刀的最大切割厚度并不好明 确界定。现有的数控水刀一般流量在2～3 升，工作压力在200～380MPa，射流经过 空气阻力，能量衰减极快，到400、 500mm时，基本就随风飘散了，就没有打 击力。 就一般应用而言，切割金属板材厚度建议 不超过100mm，发泡材料如海绵厚度建议 不超过300mm。


接收装置：置于切割头和工件的下方，用 来收集切割剩余射流。具有消能、降噪、 防溅和安全等功能。射流暴露会产生高达 420dB（A）的噪声。设置接收装置后，使 噪声被控制在80～90dB（A）以内。 运动控制系统：高压水射流切割是一种高 精度的切割工艺方法，必须由高精度的切 割设备来实现。目前的切割设备均是微机 控制或由工业机器人操作，可实行五轴联 动。重复精度可达±0.05mm。
切割速度由以下因素决定：


1. 压力： 压力越大，切割射流的功率密度越大，切 割效率也就越大。比如，用6200巴进行切 割就比低压切割快35%。 2. 材料厚度： 以下经验法则适用：材料厚度减半，则切 割速度可以加倍。




3. 节流孔直径： 节流孔束越大，到达材料的能量就越多，从而 切割速度也就越大。如果节流孔通径加倍，则 通过节流孔的切割水量将增至四倍。这也就意 味着：根据不同应用，切割速度最多可增加 80%。因此，这对于使用小孔来一起切割若干 部件而言，非常有用。 4. 磨料数量： 切割射流中的磨料浓度越高，切割速度越快。 根据材料不同，当磨料流速加倍时，切割速度 可以增加20%到40%。 5. 磨料质量： 根据材料是否只是分割即可还是需要达到较高 的切边质量，所需加工时间也会有很大的不同。
水切割的形式和水切割机床的构成：


水切割的形式从水质上分，有纯水切割和 加磨料切割；从加压方式上分，有液压加 压和机械加压；从机床结构上分，有龙门 式结构和悬臂式结构。 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切割软件等组成

高压水射流切割的原理是将水增至超高压 100～400MPa，经节流小孔（φ0.15～ φ0.4mm），使水压热能转变为射流动能 （流速高达900m/s，是音速的2-3倍）。用 这种高速密集的水射流进行切割。磨料水 射流切割则是再往水射流中混入磨料粒子， 经混合管形成磨料射流进行切割。在磨料 射流中，水射流作为载体使磨料粒子加速， 由于磨料质量大、硬度高，磨料水射流较 之水射流其射流动能更大，切割效能更强。
水射流切割
水射流切割介绍

水射流切割又称水刀、水射流，是将超高压水 射流发生器与二维数控加工平台组合而成的一 种平面切割机床。它将水流的压力提升到足够 高（200MPa以上），使水流具有极大的动能， 可以穿透化纤、木材、皮革、橡胶等，在高速 水流中混合一定比例的磨料，则可以穿透几乎 所有坚硬材料如陶瓷、石材、玻璃、金属、合 金等。在二维数控加工平台的引导下，在材料 的任意位置开始加工或结束加工，按设定的轨 迹以适当的速度移动，实现任意图形的平面切 割加工。

水切割最初发现并应用在采矿业。由于高 速喷出的水流受阻于煤层，速度骤然下降， 瞬间会产生足够大的冲击力，使煤层出现 脆性断裂，完成采煤作业。。受此启发， 前苏联科学家开发出高压水喷流切割技术， 而美国公司取得了此项技术的专利权，使 之商品化。
Βιβλιοθήκη Baidu
如今将普通的水经过超高压发生器多级增 压后所产生的高能量(水压高达几十甚至几 百MPa)水流，再通过一个极细的硬喷嘴(如 红宝石喷嘴)，以高速度喷射切割，这种切 割方式称为超高压水切割。由于纯水切割 的局限性（主要是切割穿透力弱），工程 师们将砂料与高压水混流以增强其切割能 力，此种高速度的加砂水切割几乎可切割 任何材质。因此称磨料水切割。
水切割的用途



一是切割非可燃性材料，如大理石、磁砖、玻 璃、水泥制品等材料，这是热切割无法加工的 材料； 二是切割可燃性材料，如钢板、塑料、布料、 聚氨酯、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割 也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛 刺，但水切割加工不会产生燃烧区和毛刺，被 切割材料的物理、机械性能不发生改变； 三是切割易燃易爆材料，如弹药和易燃易爆环 境内的切割，这是其它加工方法无法取代的。