一(yi)、切割原理
水射(she)流切割(ge)屬于一(yi)種新(xin)型冷加工(gong)工(gong)藝，它能在條(tiao)件惡劣且嚴禁煙(yan)火的(de)(de)(de)現場使(shi)用，得(de)到了(le)廣(guang)泛的(de)(de)(de)重(zhong)視，現給予介紹。水射(she)流切割(ge)是(shi)集機械、電子、計算機、自動控(kong)制(zhi)技術為一(yi)體的(de)(de)(de)高新(xin)科技成(cheng)果，是(shi)近幾年來才發展起(qi)來的(de)(de)(de)一(yi)種嶄新(xin)的(de)(de)(de)材料加工(gong)方法。
水(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)的原(yuan)理(li)(li)是利用(yong)一定高壓(ya)的純(chun)水(shui)或帶有切割(ge)(ge)磨(mo)料的液漿，經切割(ge)(ge)噴管(guan)射(she)(she)出具有高密度沖擊(ji)的液柱(zhu)，直沖被加工物體進行切割(ge)(ge)。按(an)水(shui)壓(ya)高低的不同，可分為低壓(ya)和高壓(ya)水(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)兩種(zhong)，圖6-17和圖6-18為水(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)工藝(yi)原(yuan)理(li)(li)示意圖。
二、切(qie)割特點
水射流(liu)切割技術有下列特點：
1. 切(qie)割的水射(she)流壓力大
水射流(liu)壓(ya)力為幾十(shi)到(dao)幾百兆帕，以2～3倍聲(sheng)速產生(sheng)巨大(da)的(de)射流(liu)能量密度(du)來(lai)切(qie)割物體。被(bei)切(qie)割工(gong)件的(de)切(qie)口(kou)溫升很低，一般溫度(du)不超過100℃，這(zhe)是與其他熱切(qie)割工(gong)藝相(xiang)比最為突出的(de)優(you)點(dian)。這(zhe)樣(yang)，它(ta)就排(pai)除了被(bei)切(qie)割工(gong)件產生(sheng)變形、切(qie)口(kou)部分(fen)的(de)熱影(ying)響區和組織變化的(de)可能性。它(ta)在嚴禁煙火的(de)場合(he)，如海洋石油(you)鉆井平臺、煉(lian)油(you)廠、大(da)型(xing)油(you)罐、油(you)氣(qi)輸送管路(lu)等處(chu)，能安全可靠地(di)使用。
2. 水射流切(qie)割的切(qie)口質量十(shi)分優異
切(qie)(qie)口表面平(ping)滑，不存在任何毛刺(ci)和氧(yang)化(hua)殘跡，切(qie)(qie)口的(de)間隙很窄，用純水切(qie)(qie)割(ge)，一般(ban)可控制在0.1mm以(yi)內；添(tian)加(jia)一定切(qie)(qie)割(ge)磨(mo)料(liao)則在1.2～2.0mm之間。切(qie)(qie)口不需要進行(xing)二(er)次加(jia)工(gong)，簡化(hua)了(le)加(jia)工(gong)程序。
3. 切割厚(hou)度范圍比較寬
水射(she)流的切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)厚(hou)度(du)(du)范圍比較寬(kuan)，最大(da)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)厚(hou)度(du)(du)可(ke)大(da)于(yu)100mm。對(dui)于(yu)厚(hou)為2.0mm的特(te)殊(shu)鋼板，切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度(du)(du)可(ke)達100cm／min，盡管水射(she)流切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度(du)(du)略遜于(yu)激光切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)，但它在切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)過程中不會(hui)產生(sheng)大(da)量(liang)的切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)熱，所以在實際(ji)應用(yong)上(shang)，水射(she)流切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)更具有優越(yue)性。
4. 切(qie)割對象廣泛
這種切割方(fang)法不僅適用于金(jin)屬和非金(jin)屬的(de)切割，也適用于復合(he)材料、熱敏感材料的(de)加工。
5. 優(you)良的操作環境
水射流切割過程中無輻射線(xian)、無飛濺粒(li)子，避(bi)免了(le)(le)灰塵飛揚現象(xiang)，環境不受污染。即(ji)使是(shi)磨料(liao)水射流切割，磨料(liao)的粉塵和(he)切割屑也能(neng)直接被水流沖走，進入收集(ji)器內(nei)，確保(bao)了(le)(le)操作者的身體健康，可稱(cheng)得上是(shi)一種(zhong)綠色環保(bao)的加工(gong)方法。
由于水射流切割(ge)有上述優(you)點(dian)，在航(hang)空航(hang)天、原子能、石油、化工、水下工程及(ji)建筑等行業均有廣(guang)泛(fan)應用的前景。
三、切割工(gong)藝
1. 切割(ge)方法
目(mu)前的(de)水(shui)射(she)流切割方法有低壓和高壓水(shui)射(she)流兩(liang)種(zhong)。
低壓(ya)水(shui)(shui)射流切(qie)(qie)割是將(jiang)高(gao)壓(ya)水(shui)(shui)（14～69MPa）和切(qie)(qie)割磨料首(shou)先在一加壓(ya)儲罐內進(jin)(jin)行預混(hun)合，然后(hou)將(jiang)混(hun)合好的磨料液(ye)漿經過一軟管直(zhi)接送到(dao)割槍內進(jin)(jin)行切(qie)(qie)割，如圖6-17所示(shi)。被(bei)切(qie)(qie)割工件可以在遠離切(qie)(qie)割電(dian)源500m處或者水(shui)(shui)下進(jin)(jin)行切(qie)(qie)割。
高壓水射流切割是將高壓水（大于240MPa）和干燥(zao)磨料(liao)分別通過各自軟(ruan)管輸送，然后在割槍(qiang)的(de)混合腔內進行(xing)混合，并完(wan)成(cheng)物件的(de)切割加工(gong)，如圖6-18所(suo)示。被切割加工(gong)工(gong)件一般在切割電源(yuan)附(fu)近進行(xing)。
低(di)(di)壓和高壓水射流(liu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)在相同(tong)條件(jian)下(xia)進(jin)行切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)加(jia)工(gong)時，前者水和切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料的(de)消(xiao)(xiao)耗僅為后者的(de)1/8～1/3；從割(ge)(ge)槍的(de)結構(gou)上看，低(di)(di)壓水射流(liu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)的(de)割(ge)(ge)槍相對(dui)簡(jian)單些；從能量消(xiao)(xiao)耗來看，低(di)(di)壓水射流(liu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)所耗能量較小(xiao)。所以(yi)目前低(di)(di)壓水射流(liu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)為最有效的(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)工(gong)藝。
2. 切割磨料
水(shui)射流切(qie)割(ge)(ge)所(suo)用(yong)的(de)(de)磨(mo)料，主要有(you)金(jin)剛(gang)砂(sha)、橄欖石、石榴石、煉(lian)銅爐渣(zha)和氧化物。其中煉(lian)銅爐渣(zha)較(jiao)為(wei)理想，一是它的(de)(de)價格低，只有(you)精(jing)鋼砂(sha)的(de)(de)1/8～1/10；更主要的(de)(de)是它的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)速度(du)比(bi)金(jin)剛(gang)砂(sha)快30％。這是由于煉(lian)銅爐渣(zha)的(de)(de)顆(ke)粒比(bi)較(jiao)尖銳，在切(qie)割(ge)(ge)過程(cheng)中，當它們與切(qie)割(ge)(ge)工件相撞后被破碎(sui)，從而形(xing)成較(jiao)多的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)刀。另外，用(yong)金(jin)剛(gang)砂(sha)進行(xing)水(shui)射流切(qie)割(ge)(ge)時，切(qie)割(ge)(ge)磨(mo)料容易嵌入母材，從而對切(qie)割(ge)(ge)處的(de)(de)某些性(xing)(xing)能，如焊接接頭力學性(xing)(xing)能，會產生不良影(ying)響，而用(yong)煉(lian)銅爐渣(zha)作(zuo)為(wei)切(qie)割(ge)(ge)磨(mo)料就能克服這一瑕疵。
一般要求(qiu)切(qie)割磨(mo)料(liao)的粒度為0.2～1.5mm，這主(zhu)要取決于(yu)切(qie)割噴槍的噴嘴直徑。切(qie)割磨(mo)料(liao)可收回，反復(fu)使用2～3次，然后經(jing)過篩選(xuan)，將過分細碎磨(mo)料(liao)去掉。
3. 切割噴嘴所用材質
對于(yu)切(qie)(qie)割(ge)噴嘴除了(le)有足夠韌性和硬度外，更主要是有良好(hao)的(de)(de)(de)耐磨(mo)(mo)性，才能有效地減小切(qie)(qie)割(ge)噴嘴的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損，從而提高其使(shi)(shi)用壽(shou)(shou)命(ming)。由于(yu)噴嘴內徑的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損，將使(shi)(shi)切(qie)(qie)口的(de)(de)(de)縫隙變寬，導(dao)致(zhi)切(qie)(qie)口斷面(mian)的(de)(de)(de)垂(chui)直度降低。通(tong)常(chang)選(xuan)用鎢、硅或(huo)者硬質合金作(zuo)為切(qie)(qie)割(ge)噴管(guan)的(de)(de)(de)材(cai)料，但使(shi)(shi)用壽(shou)(shou)命(ming)均(jun)不夠理想(xiang)，目前認(ren)為選(xuan)用藍寶石(shi)作(zuo)為噴管(guan)的(de)(de)(de)材(cai)料較為適合。
4. 切割(ge)工藝
水射流切割常用的切割材料(liao)及(ji)其切割工藝參數見表6-23。
以低壓水射流切割工藝對不同厚板奧氏體不銹鋼(gang)切割進行了試驗：切割噴嘴孔徑為1mm，水壓為69MPa，切割速度與切割深度、切割深度與切割磨料用量之間的關系如圖6-19和圖6-20所示（材料為18-8型不銹鋼，鋼板厚度為3mm）。
鑒于(yu)水射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)已發(fa)展為一種精(jing)密(mi)加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝，它對設(she)備提出了高精(jing)度的(de)要求，水射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)機(ji)(ji)將(jiang)是一臺(tai)(tai)精(jing)密(mi)加工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)床(chuang)。這種設(she)備的(de)技(ji)術特性完全相當于(yu)精(jing)密(mi)的(de)激光切(qie)(qie)割(ge)(ge)機(ji)(ji)。它由(you)高壓水射流發(fa)生器（增(zeng)壓裝置）、水刀(dao)切(qie)(qie)割(ge)(ge)頭、數控切(qie)(qie)割(ge)(ge)平臺(tai)(tai)、CNC控制器系統以及計(ji)算機(ji)(ji)、控砂輔助裝置等組成(cheng)。
