一(yi)、切割原理(li)

  水(shui)射流切(qie)割(ge)屬于一種新(xin)型冷(leng)加(jia)工工藝(yi)，它(ta)能在條件惡劣且嚴禁煙火的現場使用，得(de)到了廣泛的重(zhong)視(shi)，現給予介紹。水(shui)射流切(qie)割(ge)是集機械、電子、計算機、自動控制技術為一體的高新(xin)科(ke)技成(cheng)果，是近(jin)幾年來(lai)(lai)才(cai)發展起來(lai)(lai)的一種嶄(zhan)新(xin)的材料加(jia)工方法。

  水(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)的(de)原理(li)是利用(yong)一(yi)定(ding)高壓(ya)(ya)的(de)純水(shui)或帶有切(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料的(de)液(ye)漿，經切(qie)(qie)割(ge)(ge)噴管射出(chu)具有高密度沖(chong)擊的(de)液(ye)柱，直沖(chong)被加工物體進行(xing)切(qie)(qie)割(ge)(ge)。按水(shui)壓(ya)(ya)高低的(de)不同，可分為低壓(ya)(ya)和高壓(ya)(ya)水(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)兩(liang)種，圖(tu)6-17和圖(tu)6-18為水(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)工藝(yi)原理(li)示意圖(tu)。

二、切(qie)割(ge)特(te)點

 水射流切(qie)割(ge)技術有(you)下列特(te)點：

 1. 切割的(de)水射流壓力大 

    水射流(liu)壓力為幾十到幾百(bai)兆(zhao)帕，以(yi)2～3倍聲速產生巨(ju)大的(de)射流(liu)能量密(mi)度來(lai)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)物體(ti)。被切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)件的(de)切(qie)(qie)(qie)(qie)口(kou)溫升很低(di)，一般(ban)溫度不超(chao)過100℃，這(zhe)是與其他(ta)熱(re)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)藝相(xiang)比最為突出的(de)優點。這(zhe)樣，它就(jiu)排(pai)除了被切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)件產生變形、切(qie)(qie)(qie)(qie)口(kou)部分(fen)的(de)熱(re)影響區和組織(zhi)變化的(de)可(ke)能性。它在嚴禁煙火的(de)場(chang)合(he)，如海洋(yang)石油鉆井平臺、煉(lian)油廠、大型油罐、油氣輸(shu)送管路等處，能安全可(ke)靠地使用。

 2. 水射流(liu)切割的切口質量十分優(you)異 

    切口(kou)表面平滑(hua)，不(bu)存在(zai)任何(he)毛刺和氧化殘跡，切口(kou)的間隙很窄，用純水切割(ge)(ge)，一(yi)般可控制在(zai)0.1mm以(yi)內(nei)；添加一(yi)定切割(ge)(ge)磨料(liao)則在(zai)1.2～2.0mm之間。切口(kou)不(bu)需(xu)要進行二次加工，簡化了加工程序。

 3. 切(qie)割(ge)厚度范(fan)圍比較寬 

    水射流(liu)的切(qie)(qie)割厚度范圍比較寬，最(zui)大切(qie)(qie)割厚度可大于(yu)(yu)100mm。對于(yu)(yu)厚為(wei)2.0mm的特殊(shu)鋼板，切(qie)(qie)割速度可達100cm／min，盡管(guan)水射流(liu)切(qie)(qie)割速度略遜于(yu)(yu)激光切(qie)(qie)割，但它在切(qie)(qie)割過程中不會產生大量的切(qie)(qie)割熱，所以在實際應(ying)用(yong)上，水射流(liu)切(qie)(qie)割更具(ju)有優越性。

 4. 切割對象廣(guang)泛 

    這(zhe)種切(qie)割方法(fa)不僅適(shi)用(yong)(yong)于金(jin)(jin)屬(shu)(shu)和非金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的切(qie)割，也適(shi)用(yong)(yong)于復合材料(liao)、熱敏感材料(liao)的加工。

 5. 優(you)良的(de)操作環境(jing) 

    水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)過程中無輻(fu)射(she)線、無飛濺粒(li)子，避免了灰塵(chen)飛揚現象，環境(jing)不受污染。即使是磨料(liao)水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)，磨料(liao)的粉塵(chen)和切割(ge)屑也能直接被水(shui)流(liu)沖走，進入收集器內，確保了操作者的身體健康，可稱得上是一種綠色環保的加工方法。

  由于水(shui)(shui)射流切(qie)割有上(shang)述(shu)優點，在航(hang)空航(hang)天(tian)、原子能、石油、化工、水(shui)(shui)下工程(cheng)及建筑等(deng)行業均有廣泛(fan)應(ying)用的前(qian)景。

三、切割(ge)工(gong)藝

 1. 切割方法

   目前的水射(she)流(liu)切割方(fang)法(fa)有低壓和高壓水射(she)流(liu)兩(liang)種。

   低壓(ya)(ya)水(shui)射流切(qie)(qie)割是將高壓(ya)(ya)水(shui)（14～69MPa）和切(qie)(qie)割磨料首先在一(yi)加壓(ya)(ya)儲罐內(nei)進行預混(hun)合(he)，然后將混(hun)合(he)好的磨料液漿經過一(yi)軟管直(zhi)接送到割槍內(nei)進行切(qie)(qie)割，如(ru)圖6-17所示。被(bei)切(qie)(qie)割工件可以在遠離切(qie)(qie)割電源500m處或者水(shui)下進行切(qie)(qie)割。

   高壓水(shui)射(she)流切割(ge)(ge)是(shi)將高壓水(shui)（大于240MPa）和干燥磨料分別通過(guo)各自軟管輸送，然后在割(ge)(ge)槍的混合腔內進行混合，并完成物(wu)件(jian)(jian)的切割(ge)(ge)加工，如圖6-18所示。被切割(ge)(ge)加工工件(jian)(jian)一般在切割(ge)(ge)電源附(fu)近(jin)進行。

   低(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)和高壓(ya)(ya)(ya)(ya)水(shui)(shui)(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)在相同條件(jian)下(xia)進(jin)行切(qie)(qie)割(ge)(ge)加(jia)工時，前(qian)者水(shui)(shui)(shui)和切(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料的(de)消耗僅為后者的(de)1/8～1/3；從割(ge)(ge)槍的(de)結(jie)構(gou)上看(kan)(kan)，低(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)水(shui)(shui)(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)的(de)割(ge)(ge)槍相對簡單些(xie)；從能量消耗來看(kan)(kan)，低(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)水(shui)(shui)(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)所(suo)耗能量較(jiao)小。所(suo)以目(mu)前(qian)低(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)水(shui)(shui)(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)為最有效的(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)工藝。

 2. 切割磨(mo)料

   水射(she)流切割(ge)(ge)所用的磨料，主(zhu)要有金剛(gang)(gang)砂(sha)、橄(gan)欖石(shi)、石(shi)榴石(shi)、煉(lian)銅爐(lu)渣(zha)和氧化物。其中(zhong)煉(lian)銅爐(lu)渣(zha)較(jiao)為理(li)想，一是它的價格低，只有精鋼砂(sha)的1/8～1/10；更主(zhu)要的是它的切割(ge)(ge)速(su)度比(bi)金剛(gang)(gang)砂(sha)快30％。這是由(you)于煉(lian)銅爐(lu)渣(zha)的顆粒比(bi)較(jiao)尖銳，在切割(ge)(ge)過程中(zhong)，當它們與切割(ge)(ge)工件相撞后被破碎，從而形成(cheng)較(jiao)多的切割(ge)(ge)刀。另外，用金剛(gang)(gang)砂(sha)進行水射(she)流切割(ge)(ge)時，切割(ge)(ge)磨料容(rong)易嵌入母材(cai)，從而對切割(ge)(ge)處的某些性(xing)能，如焊接(jie)接(jie)頭力(li)學性(xing)能，會產(chan)生不良影響，而用煉(lian)銅爐(lu)渣(zha)作為切割(ge)(ge)磨料就能克(ke)服這一瑕疵。

   一般要求(qiu)切(qie)割磨料(liao)(liao)的(de)粒度(du)為0.2～1.5mm，這主要取決于切(qie)割噴(pen)槍的(de)噴(pen)嘴直徑。切(qie)割磨料(liao)(liao)可(ke)收回，反復(fu)使用2～3次，然后經過(guo)篩選，將過(guo)分(fen)細碎磨料(liao)(liao)去掉。

 3. 切割噴嘴所用材(cai)質(zhi)

   對于切(qie)割(ge)(ge)噴(pen)嘴(zui)(zui)除了有足夠韌性和硬度外，更主要是(shi)有良(liang)好(hao)的耐磨(mo)性，才能(neng)有效(xiao)地減小切(qie)割(ge)(ge)噴(pen)嘴(zui)(zui)的磨(mo)損，從而提高其(qi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)(ming)。由于噴(pen)嘴(zui)(zui)內(nei)徑的磨(mo)損，將(jiang)使(shi)切(qie)口的縫隙變寬(kuan)，導致切(qie)口斷面(mian)的垂直度降低。通常選用(yong)鎢、硅或(huo)者硬質合金作為(wei)(wei)切(qie)割(ge)(ge)噴(pen)管(guan)的材料(liao)，但使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)(ming)均不夠理想，目前認為(wei)(wei)選用(yong)藍寶石作為(wei)(wei)噴(pen)管(guan)的材料(liao)較為(wei)(wei)適合。

 4. 切割工藝

   水(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)常用的切(qie)(qie)割(ge)(ge)材料及其切(qie)(qie)割(ge)(ge)工藝(yi)參數見表(biao)6-23。

   以低壓水射流切割工藝對不同厚板奧氏體不(bu)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(yu)水(shui)射流(liu)切(qie)割(ge)(ge)已發展為一(yi)種精(jing)密(mi)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝，它對(dui)設備(bei)提(ti)出了(le)高(gao)精(jing)度的要求，水(shui)射流(liu)切(qie)割(ge)(ge)機(ji)將是一(yi)臺(tai)精(jing)密(mi)加工(gong)(gong)機(ji)床。這種設備(bei)的技(ji)術特性完全相(xiang)當于(yu)精(jing)密(mi)的激(ji)光切(qie)割(ge)(ge)機(ji)。它由高(gao)壓水(shui)射流(liu)發生器（增壓裝置(zhi)）、水(shui)刀切(qie)割(ge)(ge)頭、數控切(qie)割(ge)(ge)平臺(tai)、CNC控制器系統以及計(ji)算機(ji)、控砂(sha)輔助(zhu)裝置(zhi)等組成。