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浅谈水切割摘要：1950年NormanFranz博士发明水切割以来，得到了很大的发展，在各种领域得到广泛使用，而不是局限于工业。其原理简单，即是利用高压水射流对材料进行切割。它的特点明显，具有无污染，切割质量好，无需换刀等显著优点，但是由于材料性质问题不是所有材料都能很好适用。为了加快切割速度，会在水中加入磨料，但有是也不加。目前国内的水切割虽然发展良好，但是与国外还有很大差距，随着科技的进步,水切割还在不断发展，切割水的压力不断增大，精度也越来越高。关键词：水切割；原理；分类；应用Abstract：SinceDr.NormanFranzinventedsincethecuttingofthewaterin1950,ithasbeengreatlydeveloped,andwidelyusedinavarietyofareas,butnotonlybelimitedtoindustrial.Theprincipleissimple,thatis,theuseofhigh-pressurewaterjetcuttingmaterial.Ithasobviouscharacteristics,suchasnon-polluting,cuttinggoodquality,withouttoolchangeandothersignificantadvantages,butbecauseofthematerialnatureoftheproblemisnotallmaterialscanbewellsuited.Willbeaddedtothewaterinordertospeedupthecuttingspeedabrasive,butthereisnotaxincreases.Althoughdomesticwatercuttingwelldeveloped,butthereisabiggapwithforeigncountries.Withadvancesintechnology,waterjetcuttingisstillevolving,cuttingwaterpressurecontinuedtogrow,increasingaccuracy.Keywords:cuttingwater,principle,classification,application0序言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。切割作为一种新技术新产品，由于其为机械类产品，没有电子类产品的技术神秘感和科技感那么浓厚，一直不被媒体重视，直到2011年，由于水射流专家纪新刚创造性的另辟蹊径，将水切割做成了小型化、安全化，使水切割改变了不能在危险领域使用的局面。1起源NormanFranz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（多次超过了现在使用的压力），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，而不是今天的数周或数月。Franz博士从没制造出一种量产的木材切割器。而今天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，MohamedHashish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（现在已用于民用飞机）。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。2概念水切割，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。水切割技术又称为“冷切割技术”，相对于其他切割技术而言，其适用范围最广，具有切割温度低、对切割材料的物理性能无影响，无热变形且切缝窄、切割精度高、切面光洁、绿色环保等优势。3原理3.1原理简介水切割是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，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，从喷嘴喷出，直接压射在工件加工部位上。图13.2高压水的产生水射流是从加压泵开始，通过高压管，然后从切割喷头射出来。非常简单的解释。然而，它是经过了十分复杂的设计，才能产生60000PSI的压力。在设计过程中，有处小小的渗漏都会对部件持久地侵蚀导致损坏。所以生产商和工程师们会小心地处理高压材料的加工工艺，利用特殊的科技组合这种机器。使用者只需要知道基本的操作知识。切割机在1982年应用在工业上，最早的在1970年就已出现，在工业上主要是应用在汽车，航空，玻璃行业，从这些切割中不断的提高精确度。磨料切割机的压力可达到55,000PSI,这种高压水通过一个细小的喷嘴以762m/s的速度射出，这种速度是音速的2.5倍。把石榴沙混入这种高速度的水射流中，通过在混合管中混合，然后以305M/秒的速度直接从沙管中射出到被加工的材料，这种切割过程其实是一种磨碾切割的过程，这种力量和动作都是由水产生的。4特点水切割主要有一下特点：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2,000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.5分类以加沙情况来分：水切割分为无沙切割和加沙切割两种方式。以设备来分：分为大型水切割和小型水切割及便携式水切割。以压力来分：分为高压型和低压型，一般以100Mp为界限。100Mp以上为高压型，100Mp以下为低压型。而200MP以上为超高压型。以技术原理来分：分为前混式和后混式。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，100Mp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。经过大量实验人们发现，当水压超过一定阈值时，即使纯水也会把某些敏感性化学品引爆，而含沙水切割由于水中含有磨料沙，沙子的势能和冲击力和物体碰撞，产生的能量也会引起特殊化学品的不稳定性，经过大量实验和论证，最后得出其阈值在237.6MP左右。故在水切割行业，人们对200MP以上的水切割主要应用在机械加工行业。6水切割设备下图为常见的一些水切割设备：图2为便携式水切割设备，它便于携带和移动但精度有限；图3为数控高精度水切割机。图4为空间曲线切割水刀。图5为五轴水刀。图2图3图4图57应用及发展状况7.1应用水切割的用途主要有三个，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，这也是水切割的一大优点；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。一般情况下，能够利用激光、等离子、火焰、线切割、锯、铣削等加工方法基本满足加工工艺要求时，则不宜采用水切割加工，毕竟水切割的运行成本较高，喷嘴、导流套、高压密封件都是进口的耗材，价格较贵。但当您感到激光和等离子所能切割的厚度太薄，所产生的毛刺太大，所产生的热影响区不利时，您可以考虑选用水切割；当您感到火焰切割的毛刺太大、粗糙度太差、热影响区太大时，您可以考虑选用水切割；当您感到线切割的速度太慢，并且不能切割非导电材料时，您可以考虑选用水切割；当您感到铣削的方法产生了许多废屑，造成了很大的浪费时，您也可以考虑选用水切割，因为水切割不会产生废屑，而是整片切割，水切割加工割分开的材料大多是可利用的；当您感到使用圆锯和带锯太慢，而又不能进行非直线切割时，您照样可以考虑选用水切割；当您切割易燃易爆材料或在易燃易爆的环境下切割时，更必须考虑选用水切割；当您切割时不想产生毒副气体、不需二次加工、不想产生热效应或变形或微裂缝、又想产生良好的切边品质并能同时切割细小的孔时，您更要考虑选用水切割。总之，水切割是一种万能的切割方式，但某些场合下的使用并不是最佳的，所以选择时要做具体分析。7.2发展现状及趋势目前，国际上像美国、德国、前苏联、意大利都攻破了超高压水切割的技术，国际上代表性的企业有福禄、英格索兰、百超，最高切割压力可达550MPa，并广泛地应用于石材、金属、玻璃、陶瓷、水泥制成品、纸类、食物、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶、弹药等各种材料的切割。中国开展这项工作的研究有近四十年的时间，机械部、航空航天部、国家船舶工业总公司都先后立项研究，但超高压水切割一直处在实验室阶段，尚未用于稳定的商业运行。为此法因数控与乌克兰合作生产超高压水切割设备，稳定运行压力可达380MPa，主要元器件采用进口件。合作产品先后用于瑞典阿仁科公司不锈钢板的切割，美国HP墨轮的切割，总装备部废弹药的切割，并且这项技术合作被科技部列为国家级重点国际科技合作项目。国内其它企业也有生产水切割设备的厂家，实际运行压力仅在220MPa左右，属中低压水平。压力