水切割:高壓水流切割的機器-中文百科頻道

簡介

水切割又稱水刀，英文名high-pressure water cutting，即高壓水射流切割技術，是一種利用高壓水流切割的機器。在電腦的控制下能任意雕琢工件，而且受材料質地影響小。因為其成本低，易操作，良品率又高，水切割正逐漸成為工業切割技術方面的主流切割方式。

分類

1.以加砂情況來分：水切割分為無砂切割和加砂切割兩種方式。

2.以設備來分：分為大型水切割機、小型水切割機、三維水切割機、動态水切割機。

3.以壓力來分：分為高壓型和低壓型，一般以100MPa為界限。100MPa以上為高壓型，100MPa以下為低壓型。而200MPa以上為超高壓型。

4.以技術原理來分：分為前混式和後混式。

5.以安全切割來分：分為安全切割類和非安全切割類，區别主要在水壓上面，100MPa以下低壓型水切割可應用于特種行業如：危化、石油、煤礦、危險物處理等方面。

特點

1.數控成型各種複雜圖案；

2.屬冷切割、不産生熱變形或熱效應；

3.環保無污染、不産生有毒氣體及粉塵；

4.可加工各種高硬度的材料，如：玻璃、陶瓷、不鏽鋼等，或比較柔軟的材料，如：皮革、橡膠、紙尿布等；

5.是一些複合材料，易碎瓷材料複雜加工的唯一手段；

6.切口光滑、無熔渣，無需二次加工；

7.可一次完成鑽孔、切割、成型工作；

8.生産成本低；

9.自動化程度高；

10.24小時連續工作。

發展曆程

萌芽

Norman Franz博士一直被公認為水刀之父。他是研究超高壓（UHP）水刀切割工具的第一人。超高壓的定義是高于30000psi。Franz博士是一名林業工程師，他想尋找一種把大樹幹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（多次超過了現用壓力），并能夠切割木頭和其它材料。他後來的研究涉及更為連續的水流，但他發現獲得連續高壓非常困難。同時，零件的壽命也以分鐘計算，而不是數周或數月。

Franz博士從沒制造出一種量産的木材切割器。而木材切割卻是超高壓技術最不重要的應用之一。但Franz博士證明了高速會聚水流具有極大的切割能量－這種能量的應用遠遠超出了Franz博士的夢想。1979年，Mohamed Hashish博士在福祿研究室工作，開始研究增加水刀切割能量的方法，以便切割金屬和其它硬質材料。Hashish博士被公認為加砂水刀之父，他發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，水刀（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，世界上第一套商業化的加砂水刀切割系統問世，被用于切割汽車玻璃。該技術的第一批用戶是航空航天工業，他們發現水刀是切割軍用飛機所用的不鏽鋼、钛和高強度輕型合成材料以及碳纖維複合材料的理想工具（已用于民用飛機）。從那以後，加砂水刀被許多其它工業采納，例如加工廠、石料、瓷磚、玻璃、噴氣發動機、建築、核工業、船廠等等。

技術興起

20世紀末，水切割技術引入我國，經曆了近5年的市場應用及設備的改良，主要應用于建築陶瓷、石材、金屬加工、汽車工業、航空航天、軍工、石油化工等行業并得到良好的發展。

21世紀初期，針對水切割技術在市場應用中出現的相關問題以及技術單一性，便攜式水切割技術應運而生。

便攜式水切割技術屬低壓水射流技術，即利用較低壓力（25Mpa~50Mpa）即可實現金屬及其他材料的切割作業。該技術的出現具有較強的實際應用意義。便攜式水切割技術的誕生為水切割技術的發展掀開了曆史性的一頁，是水切割技術領域的又一新突破，标志着水切割技術進入了便攜式水切割技術研究階段。

便攜式水切割技術借鑒水切割技術的基本原理，抛開傳統水切割技術的後混式切割原理而進行了技術的改革創新。該技術初期主要應用于彈藥等危險品的銷毀處理工作，随着便攜式水切割技術的不斷完善，其應用領域也近一步擴大，主要應用于排爆、石油化工、煤礦井下作業、工程施工、船舶制造等相關行業領域。

技術發展

便攜式水切割系統是一種新型水切割設備，其具有體積小、重量輕、運輸方便、切割效率高等特點，利用較低水壓即可對鋼闆、陶瓷、大理石、水泥制品等進行切割。因此便攜式水切割系統具有廣大的市場應用前景，可滿足客戶對切割能力及作業環境的不同要求。

在過去的市場實戰應用中，便攜式水切割系統表現出優越的使用效果。其主要應用于航彈銷毀、石化管道切割、危險品處理、易燃易爆品切割作業。應用效果明顯，切割過程中輕松消除所存在的安全隐患，成為了航彈銷毀、石化管道切割、油罐切割、油輪開孔之首選。

特點優勢

1、可切割範圍廣：可以切割絕大部分材料，如：金屬，大理石，玻璃等等。

2、切割質量好：平滑的切口，不會産生粗糙的，有毛刺的邊緣。

3、無熱加工：因為它是采用水和磨料切割，在加工過程中不會産生熱（或産生極少熱量），這種效果對被熱影響的材料是非常理想的。如：钛。

4、環保性：這種機器采用水和沙切割，這種沙在加工過程中不會産生毒氣，可直接排出，較環保。

5、無需更換刀具：你不需要更換切割機裝置，一個噴嘴就可以加工不同類型的材料和形狀，節約成本和時間。

6、減少毛刺：采用磨料砂的水刀切割，切口隻有較少的毛刺。

7、編程迅速：程序主要是由CAD制圖軟件生成，你可以在layout中随意設計線圖，或輸入從其他軟件中生成的DXF文件，另外，機器支持第三方軟件，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入機器，它能夠從CAD建立起刀具路徑，并能把刀頭的精确定位和切割速度在超過2000點/英寸（800點/cm）計算出來，你需要做的隻是指定你要切割的材料和厚度，其他的工作交給機器去完成。

9、與其他設備組合，可以進行分别操作：水切割機可和其他的加工設備組配（如鑽削頭），充分利用其性能，優化材料利用程度。

10、減少調整次數：對工件隻需要很小的側壓就能固定好，減少複雜的裝夾帶來的麻煩。

11、無切割方向之限制→可完成各種不同的切割形狀。

12、所産生橫向及縱向的作用力極小→可降低設定時間及使用夾治具的成本。

13、用同一種機器即可完成鑽孔及切割功能→可降低制程時間及切割成本。

14、不會産生熱效應或變形或細微的裂縫→不需二次加工，可節省時間及制造成本。

15、不會産生具毒性的氣體→可為操作人員提供更好的工作環境。

16、不會産生毛邊→可縮短工件制造所需時間及制造成本。

17、切口細→可減少大量廢棄材料的産生，節省直接制造成本。

18、一次即可完成工件之切割且擁有良好的切邊品質→可降低制程時間及成本。

19、依設計及工件材質的不同來作彈性的調整→可縮短從接單至成品産出的時間，提升産能，為企業帶來更多的商機。

切割技術

由于能量梯度的作用，激光、氣體等離子、射流等切割手段在切面越深時（距噴嘴越遠），切割能力越差，所以所形成的切割面往往不垂直于工件表面，被稱之為切割斜度，這是所有切割手段的一個固有缺陷。雖然通過提高切割能量或降低切割速度可以部分減小切割斜度，但依然存在不能完全垂直切割的問題。于是，可傾斜切割頭的設想于1997年被提了出來，國際上已有商用産品，這是解決切割斜度，提高精度最直接有效的方法。其原理是通過在原有三軸平台的基礎上再增加2個旋轉軸，刀頭可向任何方向擺動，并利用預先在系統中設置的斜度模型，通過對切割軌迹的實時計算，再根據被切工件的材料與厚度進行修正，在切割的過程中不斷地擺動切割頭，使得切割出來的工件達到完美的無斜度狀态。