高壓水射流加工（高壓水射流加工）

起源

1950 年，F(xiàn)ranz 第一次把很重的重物放到水柱上，迫使水通過一個很小的噴嘴。他獲得了短暫的高壓射流（多次超過了現(xiàn)在使用的壓力），并能夠切割木頭和其它材料。他后來的研究涉及更為連續(xù)的水流，但他發(fā)現(xiàn)獲得連續(xù)高壓非常困難。同時，零件的壽命也以分鐘計算，而不是今天的數(shù)周或數(shù)月。

1979 年，Mohamed Hashish 博士在福祿研究室工作，開始研究增加水加工切割能量的方法，以便切割金屬和其它硬質(zhì)材料。Hashish 博士被公認(rèn)為加砂水刀水加工之父，他發(fā)明了在普通水刀中添加砂料的方法。他使用石榴石（砂紙上常用的一種材料）作為砂料。憑借這種方法，水加工（含有砂料）能夠切割幾乎任何材料。

1980 年，加砂水刀第一次被用于切割金屬、玻璃和混凝土。1983 年，世界上第一套商業(yè)化的加砂水刀切割系統(tǒng)問世，被用于切割汽車玻璃。該技術(shù)的第一批用戶是航空航天工業(yè)，他們發(fā)現(xiàn)水刀是切割軍用飛機(jī)所用的不銹鋼、鈦和高強(qiáng)度輕型合成材料以及碳纖維復(fù)合材料的理想工具（現(xiàn)在已用于民用飛機(jī)）。從那以后，加砂水刀被許多其它工業(yè)采納，例如加工廠、石料、瓷磚、玻璃、噴氣發(fā)動機(jī)、建筑、核工業(yè)、船廠等等。

原理

由于速度越快物體具有的動能就越大，水在高壓下就獲得了巨大的動能，由于水流很細(xì)，所以再接觸物體時動能轉(zhuǎn)化成的彈力的作用點十分集中，轉(zhuǎn)化而來的彈力十分巨大，足以斷石分金. 加入砂質(zhì)磨料后，先在水加工作用下使得物體接觸水加工的部位發(fā)生形變，一部分淹沒劑就會與物體發(fā)生摩擦，進(jìn)而加速切割物體的能力和速度。因為加入砂質(zhì)磨料后，水流的質(zhì)量增大，高速水流具有的動能就更大，在流速相同的情況下對外做功的本領(lǐng)就更大，從而切割能力大大提高。

水經(jīng)過一個超高壓加壓器，將水加壓至4,000 bar (60,000psi)，然后通過一個細(xì)小的噴嘴(其直徑為0.004英寸至0.016英寸)，可產(chǎn)生一道每秒達(dá)750米(約音速的2.5倍)的水箭，此道水箭可做各種表面加工。要做到這點，對水、管道、噴口都有比較高的需求。如管道，水加工是用高壓工具把水加壓后射出來的，必須擁有極高的壓力才能把堅硬的切割材料切開，所以管道必須能承受極高的壓力，這個壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于700兆帕，因為薄鋼板（被切割材料）本身就能承受700兆帕的壓力。

水加工用的水完全沒有雜質(zhì)是不對的。因為水壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于700兆帕，那么對于管道等密封設(shè)備而言，無論密封性能多么好，純水總會使它們磨損而滲漏。為了解決這個問題，水加工用水就要加入5%的可溶性乳化油，提高密封效果。對于高壓泵，也要加入一些油液提高其密封性能。

水加工的噴嘴是用硬質(zhì)合金、藍(lán)寶石等材料做成的，噴口直徑僅0.05毫米，而且孔內(nèi)壁光滑平整，能承受1700兆帕的壓力，所以噴出來的高壓水能像刀一樣切割材料。有些水還加入了一些長鏈聚合物，如聚乙烯氧化物，增加水的“黏度”，使噴出的水猶如一條“細(xì)線。

泵是水加工系統(tǒng)的核心成員。對水進(jìn)行加壓并連續(xù)輸出水流，從而讓切割刀頭把高壓水變?yōu)槌羲偎淞鳌Ｋ庸?yīng)用可以采用兩種泵－增壓泵和直接驅(qū)動泵。

直接驅(qū)動泵的工作方式與在噴漆前沖洗房屋或甲板時所用的低壓“壓力清洗器”一樣。它是一種直接由電機(jī)驅(qū)動三個活塞產(chǎn)生運動的三級泵。因為其簡單可靠，這些泵得到了水加工工業(yè)的認(rèn)可。直接驅(qū)動泵能夠提供的最大連續(xù)工作壓力比增壓泵低10% 到25%（直接驅(qū)動泵為 20K 到50K 、增壓泵為40 K 到60K ）。

類型

從本質(zhì)上講，有兩類水加工：（1）純水水加工和（2）加砂水加工。設(shè)備設(shè)計為只能使用純水水加工、只能使用加砂水加工、或二者均可。無論何種形式，必須首先對水加壓。

特點

1、

可切割范圍廣

可以切割絕大部分材料，如：金屬，大理石，玻璃 等等。

2、

切割質(zhì)量好

平滑的切口，不會產(chǎn)生粗糙的，有毛刺的邊緣。

3、

無熱加工

因為它是采用水和磨料切割，在加工過程中不會產(chǎn)生熱（或產(chǎn)生極少熱量），這種效果對被熱影響的材料是非常理想的。如：鈦。

4、

環(huán)保性

這種機(jī)器采用水和沙切割，這種沙在加工過程中不會產(chǎn)生毒氣，可直接排出，較環(huán)保。

5、

無需更換刀具

你不需要更換切割機(jī)裝置，一個噴嘴就可以加工不同類型的材料和形狀，節(jié)約成本和時間。

6、

減少毛刺

采用磨料砂的水加工切割，切口只有較少的毛刺。

7、

編程迅速

程序主要是由CAD制圖軟件生成，你可以在layout中隨意設(shè)計線圖，或輸入從其他軟件中生成的DXF文件，另外，機(jī)器支持第三方軟件，如nesting嵌套排版軟件（用于把圖形在工件中添滿，能最大限度地減少工件損耗）。

8、

快速的編程

可以把其他軟件生成的程序調(diào)入機(jī)器，它能夠從CAD建立起刀具路徑，并能把刀頭的精確定位和切割速度在超過2,000點/英寸（800點/cm）計算出來，你需要做的只是指定你要切割的材料和厚度，其他的工作交給機(jī)器去完成。

9、

與其他設(shè)備組合，可以進(jìn)行分別操作

水切割機(jī)可和其他的加工設(shè)備組配（如鉆削頭），充分利用其性能，優(yōu)化材料利用程度。

10、

減少調(diào)整次數(shù)

對工件只需要很小的側(cè)壓就能固定好，減少復(fù)雜的裝夾帶來的麻煩。

應(yīng)用

水加工的用途主要有三個，一是

加工非可燃性材料

加工可燃性材料

加工易燃易爆材料