水切割

高压水射流切割技术

水切割又称水刀，即高压水射流切割技术，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，水切割正逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。

简介

水切割又称水刀，英文名high-pressure water cutting，即高压水射流切割技术，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，水切割正逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。

分类

1.以加砂情况来分：水切割分为无砂切割和加砂切割两种方式。

2.以设备来分：分为大型水切割机、小型水切割机、三维水切割机、动态水切割机。

3.以压力来分：分为高压型和低压型，一般以100MPa为界限。100MPa以上为高压型，100MPa以下为低压型。而200MPa以上为超高压型。

4.以技术原理来分：分为前混式和后混式。

5.以安全切割来分：分为安全切割类和非安全切割类，区别主要在水压上面，100MPa以下低压型水切割可应用于特种行业如：危化、石油、煤矿、危险物处理等方面。

特点

1.数控成型各种复杂图案；

2.属冷切割、不产生热变形或热效应；

3.环保无污染、不产生有毒气体及粉尘；

4.可加工各种高硬度的材料，如：玻璃、陶瓷、不锈钢等，或比较柔软的材料，如：皮革、橡胶、纸尿布等；

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。

发展历程

萌芽

Norman Franz博士一直被公认为水刀之父。他是研究超高压（UHP）水刀切割工具的第一人。超高压的定义是高于30000psi。Franz博士是一名林业工程师，他想寻找一种把大树干切割成木材的新方法。1950 年，Franz第一次把很重的重物放到水柱上，迫使水通过一个很小的喷嘴。他获得了短暂的高压射流（多次超过了现用压力），并能够切割木头和其它材料。他后来的研究涉及更为连续的水流，但他发现获得连续高压非常困难。同时，零件的寿命也以分钟计算，而不是数周或数月。

Franz博士从没制造出一种量产的木材切割器。而木材切割却是超高压技术最不重要的应用之一。但Franz博士证明了高速会聚水流具有极大的切割能量－这种能量的应用远远超出了Franz博士的梦想。1979年，Mohamed Hashish博士在福禄研究室工作，开始研究增加水刀切割能量的方法，以便切割金属和其它硬质材料。Hashish博士被公认为加砂水刀之父，他发明了在普通水刀中添加砂料的方法。他使用石榴石（砂纸上常用的一种材料）作为砂料。凭借这种方法，水刀（含有砂料）能够切割几乎任何材料。1980年，加砂水刀第一次被用于切割金属、玻璃和混凝土。1983年，世界上第一套商业化的加砂水刀切割系统问世，被用于切割汽车玻璃。该技术的第一批用户是航空航天工业，他们发现水刀是切割军用飞机所用的不锈钢、钛和高强度轻型合成材料以及碳纤维复合材料的理想工具（已用于民用飞机）。从那以后，加砂水刀被许多其它工业采纳，例如加工厂、石料、瓷砖、玻璃、喷气发动机、建筑、核工业、船厂等等。

技术兴起

20世纪末，水切割技术引入我国，经历了近5年的市场应用及设备的改良，主要应用于建筑陶瓷、石材、金属加工、汽车工业、航空航天、军工、石油化工等行业并得到良好的发展。

21世纪初期，针对水切割技术在市场应用中出现的相关问题以及技术单一性，便携式水切割技术应运而生。

便携式水切割技术属低压水射流技术，即利用较低压力（25Mpa~50Mpa）即可实现金属及其他材料的切割作业。该技术的出现具有较强的实际应用意义。便携式水切割技术的诞生为水切割技术的发展掀开了历史性的一页，是水切割技术领域的又一新突破，标志着水切割技术进入了便携式水切割技术研究阶段。

便携式水切割技术借鉴水切割技术的基本原理，抛开传统水切割技术的后混式切割原理而进行了技术的改革创新。该技术初期主要应用于弹药等危险品的销毁处理工作，随着便携式水切割技术的不断完善，其应用领域也近一步扩大，主要应用于排爆、石油化工、煤矿井下作业、工程施工、船舶制造等相关行业领域。

技术发展

便携式水切割系统是一种新型水切割设备，其具有体积小、重量轻、运输方便、切割效率高等特点，利用较低水压即可对钢板、陶瓷、大理石、水泥制品等进行切割。因此便携式水切割系统具有广大的市场应用前景，可满足客户对切割能力及作业环境的不同要求。

在过去的市场实战应用中，便携式水切割系统表现出优越的使用效果。其主要应用于航弹销毁、石化管道切割、危险品处理、易燃易爆品切割作业。应用效果明显，切割过程中轻松消除所存在的安全隐患，成为了航弹销毁、石化管道切割、油罐切割、油轮开孔之首选。

特点优势

1、可切割范围广

可以切割绝大部分材料，如：金属，大理石，玻璃等等。

2、切割质量好

平滑的切口，不会产生粗糙的，有毛刺的边缘。

3、无热加工

因为它是采用水和磨料切割，在加工过程中不会产生热（或产生极少热量），这种效果对被热影响的材料是非常理想的。如：钛。

4、环保性

这种机器采用水和沙切割，这种沙在加工过程中不会产生毒气，可直接排出，较环保。

5、无需更换刀具

你不需要更换切割机装置，一个喷嘴就可以加工不同类型的材料和形状，节约成本和时间。

6、减少毛刺

采用磨料砂的水刀切割，切口只有较少的毛刺。

7、编程迅速

程序主要是由CAD制图软件生成，你可以在layout中随意设计线图，或输入从其他软件中生成的DXF文件，另外，机器支持第三方软件，如nesting嵌套排版软件（用于把图形在工件中添满，能最大限度地减少工件损耗）。

8、快速的编程

可以把其他软件生成的程序调入机器，它能够从CAD建立起刀具路径，并能把刀头的精确定位和切割速度在超过2000点/英寸（800点/cm）计算出来，你需要做的只是指定你要切割的材料和厚度，其他的工作交给机器去完成。

9、与其他设备组合，可以进行分别操作

水切割机可和其他的加工设备组配（如钻削头），充分利用其性能，优化材料利用程度。

10、减少调整次数

对工件只需要很小的侧压就能固定好，减少复杂的装夹带来的麻烦。

11、无切割方向之限制→可完成各种不同的切割形状。

12、所产生横向及纵向的作用力极小→可降低设定时间及使用夹治具的成本。

13、用同一种机器即可完成钻孔及切割功能→可降低制程时间及切割成本。

14、不会产生热效应或变形或细微的裂缝→不需二次加工，可节省时间及制造成本。

15、不会产生具毒性的气体→可为操作人员提供更好的工作环境。

16、不会产生毛边→可缩短工件制造所需时间及制造成本。

17、切口细→可减少大量废弃材料的产生，节省直接制造成本。

18、一次即可完成工件之切割且拥有良好的切边品质→可降低制程时间及成本。

19、依设计及工件材质的不同来作弹性的调整→可缩短从接单至成品产出的时间，提升产能，为企业带来更多的商机。

切割技术

由于能量梯度的作用，激光、气体等离子、射流等切割手段在切面越深时（距喷嘴越远），切割能力越差，所以所形成的切割面往往不垂直于工件表面，被称之为切割斜度，这是所有切割手段的一个固有缺陷。虽然通过提高切割能量或降低切割速度可以部分减小切割斜度，但依然存在不能完全垂直切割的问题。于是，可倾斜切割头的设想于1997年被提了出来，国际上已有商用产品，这是解决切割斜度，提高精度最直接有效的方法。其原理是通过在原有三轴平台的基础上再增加2个旋转轴，刀头可向任何方向摆动，并利用预先在系统中设置的斜度模型，通过对切割轨迹的实时计算，再根据被切工件的材料与厚度进行修正，在切割的过程中不断地摆动切割头，使得切割出来的工件达到完美的无斜度状态。