一(yi)、切割原理

  水(shui)射(she)流切割(ge)屬(shu)于(yu)一種(zhong)新(xin)型冷加(jia)工(gong)工(gong)藝，它能在條件惡劣且嚴禁煙(yan)火的(de)現場使(shi)用，得到了廣泛的(de)重(zhong)視，現給予介紹。水(shui)射(she)流切割(ge)是(shi)集機械(xie)、電子、計(ji)算機、自(zi)動控(kong)制(zhi)技(ji)術為一體的(de)高新(xin)科技(ji)成果，是(shi)近(jin)幾年來才發(fa)展起來的(de)一種(zhong)嶄(zhan)新(xin)的(de)材料加(jia)工(gong)方法。

  水射(she)(she)(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)的(de)(de)原(yuan)理(li)是利用一定高(gao)壓的(de)(de)純水或帶有切(qie)割(ge)(ge)(ge)磨料的(de)(de)液(ye)漿，經切(qie)割(ge)(ge)(ge)噴(pen)管射(she)(she)(she)出具有高(gao)密度沖擊的(de)(de)液(ye)柱，直沖被加工(gong)物體進行切(qie)割(ge)(ge)(ge)。按(an)水壓高(gao)低的(de)(de)不同，可分為低壓和高(gao)壓水射(she)(she)(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)兩種，圖6-17和圖6-18為水射(she)(she)(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)藝原(yuan)理(li)示意圖。

二、切割特點

 水射流切割技術有下(xia)列特點(dian)：

 1. 切割的水射(she)流(liu)壓力大(da) 

    水射流壓力為幾(ji)十到(dao)幾(ji)百(bai)兆(zhao)帕，以2～3倍(bei)聲速產生巨(ju)大(da)的(de)(de)射流能(neng)量密度來切割物體。被(bei)切割工(gong)件(jian)的(de)(de)切口(kou)溫(wen)升很(hen)低，一(yi)般(ban)溫(wen)度不超(chao)過100℃，這(zhe)是與(yu)其他熱(re)切割工(gong)藝相(xiang)比最為突出的(de)(de)優點(dian)。這(zhe)樣，它(ta)就排除(chu)了(le)被(bei)切割工(gong)件(jian)產生變(bian)形、切口(kou)部分的(de)(de)熱(re)影響區和(he)組織變(bian)化的(de)(de)可能(neng)性。它(ta)在嚴禁煙火的(de)(de)場合，如海洋石油鉆井(jing)平臺(tai)、煉油廠(chang)、大(da)型油罐、油氣輸送(song)管路等處，能(neng)安全可靠(kao)地使用。

 2. 水射流切割(ge)的切口(kou)質(zhi)量十分優(you)異 

    切(qie)口(kou)(kou)表面平滑，不(bu)存在(zai)(zai)(zai)任何(he)毛刺(ci)和氧化殘跡，切(qie)口(kou)(kou)的間隙很窄，用純(chun)水切(qie)割，一般可控制在(zai)(zai)(zai)0.1mm以內；添加一定切(qie)割磨料則在(zai)(zai)(zai)1.2～2.0mm之間。切(qie)口(kou)(kou)不(bu)需(xu)要(yao)進(jin)行二次加工，簡化了(le)加工程序。

 3. 切割厚(hou)度(du)范圍(wei)比較(jiao)寬 

    水(shui)射流的(de)切割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)厚(hou)度(du)范圍比較寬，最大(da)(da)切割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)厚(hou)度(du)可大(da)(da)于(yu)100mm。對于(yu)厚(hou)為2.0mm的(de)特殊鋼板，切割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)速(su)度(du)可達100cm／min，盡管水(shui)射流切割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)速(su)度(du)略遜(xun)于(yu)激光切割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)，但它在(zai)切割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)過程中不會產生大(da)(da)量的(de)切割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)熱，所以在(zai)實際應用上(shang)，水(shui)射流切割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)更具有優越性。

 4. 切割(ge)對象廣泛 

    這種切(qie)割方(fang)法不(bu)僅適(shi)用于(yu)金屬和非金屬的切(qie)割，也(ye)適(shi)用于(yu)復合材料(liao)、熱敏感材料(liao)的加(jia)工。

 5. 優良(liang)的操作環境 

    水(shui)射流切割過程中無輻射線(xian)、無飛濺(jian)粒子，避免(mian)了灰塵(chen)飛揚(yang)現象，環境不受污染(ran)。即使是磨料(liao)水(shui)射流切割，磨料(liao)的(de)(de)粉塵(chen)和切割屑也能直接被水(shui)流沖走，進入收集(ji)器內，確保了操作(zuo)者(zhe)的(de)(de)身體健康(kang)，可稱(cheng)得(de)上是一種綠(lv)色(se)環保的(de)(de)加工(gong)方法。

  由(you)于(yu)水射流切(qie)割有上述(shu)優(you)點，在航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天、原子能、石油(you)、化工、水下工程及建筑(zhu)等行業均有廣(guang)泛應用的前景。

三、切割工藝(yi)

 1. 切(qie)割方法(fa)

   目前的水射流(liu)切割方法有低壓(ya)和高壓(ya)水射流(liu)兩種。

   低壓水(shui)(shui)射流切(qie)割是將高壓水(shui)(shui)（14～69MPa）和(he)切(qie)割磨料首先(xian)在(zai)一加(jia)壓儲罐內進(jin)(jin)行預混合，然后將混合好的磨料液(ye)漿(jiang)經過一軟管直接送(song)到割槍內進(jin)(jin)行切(qie)割，如圖6-17所示。被切(qie)割工件可以在(zai)遠離切(qie)割電源500m處或者(zhe)水(shui)(shui)下進(jin)(jin)行切(qie)割。

   高壓水射流切(qie)割(ge)是將高壓水（大(da)于240MPa）和干(gan)燥磨(mo)料分別(bie)通過各自軟管輸(shu)送，然(ran)后在(zai)割(ge)槍的混(hun)合腔(qiang)內進行(xing)混(hun)合，并完成物件的切(qie)割(ge)加(jia)工(gong)，如圖6-18所示。被切(qie)割(ge)加(jia)工(gong)工(gong)件一般(ban)在(zai)切(qie)割(ge)電源附(fu)近(jin)進行(xing)。

   低壓(ya)(ya)和高壓(ya)(ya)水(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)在相同條件下進行切(qie)割(ge)加工時，前者水(shui)(shui)和切(qie)割(ge)磨料的(de)消耗僅為后者的(de)1/8～1/3；從割(ge)槍的(de)結構(gou)上看，低壓(ya)(ya)水(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)的(de)割(ge)槍相對簡單些；從能量(liang)消耗來看，低壓(ya)(ya)水(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)所(suo)耗能量(liang)較小。所(suo)以目前低壓(ya)(ya)水(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)為最有效(xiao)的(de)切(qie)割(ge)工藝。

 2. 切割(ge)磨料

   水射流(liu)切(qie)割(ge)(ge)所用(yong)的(de)磨(mo)料，主要有金(jin)剛砂(sha)、橄欖石、石榴石、煉銅(tong)爐渣(zha)(zha)(zha)和氧(yang)化物。其(qi)中(zhong)煉銅(tong)爐渣(zha)(zha)(zha)較(jiao)為(wei)理想，一是它(ta)的(de)價格低(di)，只(zhi)有精(jing)鋼(gang)砂(sha)的(de)1/8～1/10；更主要的(de)是它(ta)的(de)切(qie)割(ge)(ge)速度(du)比金(jin)剛砂(sha)快30％。這是由于煉銅(tong)爐渣(zha)(zha)(zha)的(de)顆粒比較(jiao)尖(jian)銳，在切(qie)割(ge)(ge)過程中(zhong)，當它(ta)們與切(qie)割(ge)(ge)工件相(xiang)撞后被破碎，從而形成較(jiao)多的(de)切(qie)割(ge)(ge)刀(dao)。另外，用(yong)金(jin)剛砂(sha)進行水射流(liu)切(qie)割(ge)(ge)時，切(qie)割(ge)(ge)磨(mo)料容易嵌入母材，從而對(dui)切(qie)割(ge)(ge)處的(de)某些(xie)性能(neng)，如(ru)焊(han)接接頭力學性能(neng)，會產生不良影響(xiang)，而用(yong)煉銅(tong)爐渣(zha)(zha)(zha)作(zuo)為(wei)切(qie)割(ge)(ge)磨(mo)料就(jiu)能(neng)克服(fu)這一瑕疵(ci)。

   一般(ban)要(yao)求切割磨料(liao)的粒度為0.2～1.5mm，這(zhe)主要(yao)取決于(yu)切割噴槍(qiang)的噴嘴直徑。切割磨料(liao)可(ke)收回，反復使用2～3次(ci)，然(ran)后經(jing)過篩選，將過分細碎磨料(liao)去掉(diao)。

 3. 切割噴(pen)嘴所用材質

   對于切割噴(pen)(pen)嘴(zui)除(chu)了有足夠(gou)韌(ren)性和硬度(du)外，更主(zhu)要是(shi)有良好的耐磨(mo)性，才能有效地(di)減小切割噴(pen)(pen)嘴(zui)的磨(mo)損，從而提高其使用壽命。由于噴(pen)(pen)嘴(zui)內徑的磨(mo)損，將使切口(kou)的縫隙(xi)變寬，導(dao)致切口(kou)斷(duan)面的垂直(zhi)度(du)降(jiang)低(di)。通常選用鎢(wu)、硅(gui)或者硬質(zhi)合(he)金(jin)作為切割噴(pen)(pen)管的材料，但使用壽命均不(bu)夠(gou)理想，目前認為選用藍寶石作為噴(pen)(pen)管的材料較為適合(he)。

 4. 切割工藝(yi)

   水(shui)射(she)流切割(ge)常用的(de)切割(ge)材料及其切割(ge)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）。

   鑒于水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)已發展為一(yi)種精(jing)密加(jia)工(gong)工(gong)藝，它對設備提(ti)出了高精(jing)度的要求(qiu)，水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)機(ji)將是一(yi)臺(tai)精(jing)密加(jia)工(gong)機(ji)床。這種設備的技(ji)術特性(xing)完全(quan)相(xiang)當于精(jing)密的激光切割(ge)機(ji)。它由高壓水(shui)射(she)流(liu)發生器（增(zeng)壓裝置）、水(shui)刀(dao)切割(ge)頭、數(shu)控切割(ge)平(ping)臺(tai)、CNC控制器系(xi)統以及(ji)計算機(ji)、控砂(sha)輔(fu)助裝置等組(zu)成。