水射流切割

平面切割机床

水射流切割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。

简介

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%。

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。

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。

形式和构成

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

设备比较

激光切割设备的投资较大，现今大多用于薄钢板、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。迄今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。

金属加工比较

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。

冷热技术比较

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。

原理

水射流切割，超高压水射流切割机是将普通的水通过一个超高压加压器，将水加压至3000bar，然后通过通道直径为0.3mm的水喷嘴产生一道约3倍音速的水射流，在计算机的控制下可方便的切割任意图形的软材料，如纸类、海绵、纤维等，若加入砂料增加其切割力，则几乎可以切割任意材料。

特性和优点

与传统的“热”切割工艺相比，超高压水射流切割机床以水流为切割介质，是一种“冷”切割工艺。它具有如下功能与优点：

1.切割时无热变形，避免了材料的物理、化学变化；

2.广泛适应于各种材料的切割加工，有“万能切割机”之誉；

3.切口光滑平整无毛刺，一般无须再加工；

4.由数控系统操纵，切割精度高；

5.切割缝小于1.2mm，便于套料切割，节约材料；

6.加工过程不会产生污染环境的废物。

数控水刀对那些用其它方法难以切割的材料如芳纶(Kevler)、钛合金及各种复合材料是非常理想或唯一的加工手段。

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。

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。胆大者，敢称400、500mm，保守者称100mm以内，都是合理的。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。

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