一(yi)、切割原理
水(shui)射流切割屬于一種新型(xing)冷(leng)加工工藝，它能在條件惡劣(lie)且嚴禁煙(yan)火(huo)的(de)現(xian)場使用，得到了廣泛的(de)重(zhong)視(shi)，現(xian)給予介紹。水(shui)射流切割是(shi)集機(ji)械、電子(zi)、計算(suan)機(ji)、自動控制(zhi)技(ji)術為一體的(de)高新科技(ji)成果，是(shi)近幾年(nian)來才發展(zhan)起來的(de)一種嶄(zhan)新的(de)材料加工方法。
水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)的(de)原理(li)是利用一定高(gao)壓的(de)純水(shui)或帶有(you)切(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料(liao)的(de)液(ye)漿，經(jing)切(qie)(qie)割(ge)(ge)噴管(guan)射(she)出(chu)具有(you)高(gao)密(mi)度沖擊的(de)液(ye)柱，直沖被(bei)加工(gong)物體進行切(qie)(qie)割(ge)(ge)。按水(shui)壓高(gao)低的(de)不(bu)同，可(ke)分為低壓和高(gao)壓水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)兩種，圖(tu)6-17和圖(tu)6-18為水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)工(gong)藝原理(li)示意圖(tu)。
二、切割(ge)特點
水(shui)射流切割(ge)技術(shu)有下列特點(dian)：
1. 切(qie)割的水射流(liu)壓(ya)力大
水射流壓力為幾(ji)十到(dao)幾(ji)百兆帕(pa)，以(yi)2～3倍聲(sheng)速(su)產(chan)生(sheng)巨(ju)大的射流能(neng)量(liang)密度來切割(ge)(ge)物體。被切割(ge)(ge)工件的切口溫升(sheng)很(hen)低，一般溫度不超過100℃，這(zhe)是與其他熱切割(ge)(ge)工藝(yi)相比最(zui)為突出的優點。這(zhe)樣，它(ta)就排除了(le)被切割(ge)(ge)工件產(chan)生(sheng)變(bian)形、切口部分的熱影響區和(he)組織(zhi)變(bian)化的可(ke)能(neng)性。它(ta)在嚴禁(jin)煙火(huo)的場合，如海洋石油(you)鉆井平臺、煉油(you)廠(chang)、大型油(you)罐、油(you)氣(qi)輸送管路等處，能(neng)安全可(ke)靠地(di)使用。
2. 水(shui)射流(liu)切割的切口質量十分優異
切(qie)口(kou)表面平滑(hua)，不存(cun)在任何(he)毛刺和氧化殘跡，切(qie)口(kou)的間(jian)隙很窄，用純水(shui)切(qie)割(ge)(ge)，一(yi)(yi)般可控制在0.1mm以內；添加一(yi)(yi)定(ding)切(qie)割(ge)(ge)磨料則在1.2～2.0mm之間(jian)。切(qie)口(kou)不需(xu)要進行二次加工，簡化了加工程(cheng)序。
3. 切割厚度范圍比較寬
水射(she)流的切割(ge)厚(hou)(hou)度范圍比較寬，最大(da)(da)切割(ge)厚(hou)(hou)度可大(da)(da)于(yu)(yu)100mm。對于(yu)(yu)厚(hou)(hou)為2.0mm的特殊鋼板，切割(ge)速度可達100cm／min，盡管水射(she)流切割(ge)速度略遜于(yu)(yu)激光切割(ge)，但(dan)它在切割(ge)過程中不會產生(sheng)大(da)(da)量的切割(ge)熱，所以在實(shi)際應用上，水射(she)流切割(ge)更(geng)具有優越性。
4. 切割(ge)對象廣(guang)泛
這種(zhong)切割方法不僅適(shi)用于金屬(shu)和(he)非(fei)金屬(shu)的(de)(de)切割，也適(shi)用于復合(he)材料、熱敏感(gan)材料的(de)(de)加工。
5. 優良的操作環境
水射流(liu)切割過程中無輻射線(xian)、無飛濺(jian)粒子，避免了(le)灰塵飛揚現象，環(huan)境不受污染。即使是磨料(liao)水射流(liu)切割，磨料(liao)的(de)(de)粉(fen)塵和切割屑(xie)也(ye)能直接被水流(liu)沖走，進(jin)入收集(ji)器內，確保了(le)操(cao)作者(zhe)的(de)(de)身體健康(kang)，可(ke)稱得上是一(yi)種(zhong)綠色環(huan)保的(de)(de)加工方法。
由于水射流切割(ge)有上述優點，在(zai)航(hang)空航(hang)天、原子(zi)能(neng)、石(shi)油(you)、化工(gong)、水下工(gong)程及建筑(zhu)等行(xing)業均(jun)有廣(guang)泛(fan)應用的(de)前景。
三、切割(ge)工藝
1. 切割方(fang)法
目前的水射流切割方法有低壓和(he)高壓水射流兩種。
低壓水射流切割是將高壓水（14～69MPa）和切割磨(mo)料(liao)首先在一(yi)加壓儲罐內(nei)進(jin)行(xing)預混(hun)合，然后將混(hun)合好的磨(mo)料(liao)液(ye)漿經過一(yi)軟管直接送(song)到割槍內(nei)進(jin)行(xing)切割，如(ru)圖6-17所示。被切割工件可(ke)以在遠離切割電(dian)源500m處或(huo)者(zhe)水下(xia)進(jin)行(xing)切割。
高(gao)壓水(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)是將(jiang)高(gao)壓水(shui)（大(da)于240MPa）和干燥磨料分別通過(guo)各自軟管(guan)輸送，然后在(zai)(zai)割(ge)(ge)槍的混(hun)合(he)腔內進行混(hun)合(he)，并完成物件的切割(ge)(ge)加工(gong)，如圖6-18所示(shi)。被切割(ge)(ge)加工(gong)工(gong)件一般在(zai)(zai)切割(ge)(ge)電源附近(jin)進行。
低(di)壓(ya)和(he)高壓(ya)水(shui)(shui)射流切(qie)(qie)(qie)割在相同(tong)條件下進(jin)行切(qie)(qie)(qie)割加工時，前者水(shui)(shui)和(he)切(qie)(qie)(qie)割磨料(liao)的(de)消(xiao)(xiao)耗僅為后者的(de)1/8～1/3；從(cong)割槍的(de)結構上看，低(di)壓(ya)水(shui)(shui)射流切(qie)(qie)(qie)割的(de)割槍相對(dui)簡單些；從(cong)能量消(xiao)(xiao)耗來看，低(di)壓(ya)水(shui)(shui)射流切(qie)(qie)(qie)割所耗能量較小。所以目前低(di)壓(ya)水(shui)(shui)射流切(qie)(qie)(qie)割為最有(you)效的(de)切(qie)(qie)(qie)割工藝。
2. 切(qie)割磨料
水(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)所用(yong)的(de)(de)(de)磨料，主要有金剛(gang)(gang)砂(sha)(sha)、橄欖(lan)石(shi)(shi)、石(shi)(shi)榴石(shi)(shi)、煉(lian)銅(tong)(tong)爐(lu)渣(zha)和氧化物。其中煉(lian)銅(tong)(tong)爐(lu)渣(zha)較為(wei)理想，一是(shi)它(ta)的(de)(de)(de)價格(ge)低，只有精鋼砂(sha)(sha)的(de)(de)(de)1/8～1/10；更主要的(de)(de)(de)是(shi)它(ta)的(de)(de)(de)切割(ge)(ge)速(su)度比金剛(gang)(gang)砂(sha)(sha)快30％。這(zhe)是(shi)由于煉(lian)銅(tong)(tong)爐(lu)渣(zha)的(de)(de)(de)顆粒比較尖銳(rui)，在切割(ge)(ge)過程中，當它(ta)們(men)與切割(ge)(ge)工件相撞(zhuang)后被破碎(sui)，從(cong)而(er)(er)形成較多(duo)的(de)(de)(de)切割(ge)(ge)刀。另外，用(yong)金剛(gang)(gang)砂(sha)(sha)進行(xing)水(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)時，切割(ge)(ge)磨料容易嵌(qian)入(ru)母材，從(cong)而(er)(er)對切割(ge)(ge)處的(de)(de)(de)某些性能(neng)，如焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)力學性能(neng)，會產生不良影響，而(er)(er)用(yong)煉(lian)銅(tong)(tong)爐(lu)渣(zha)作(zuo)為(wei)切割(ge)(ge)磨料就能(neng)克服這(zhe)一瑕疵。
一般要(yao)求切(qie)割磨料的粒度(du)為0.2～1.5mm，這主要(yao)取決于(yu)切(qie)割噴(pen)槍的噴(pen)嘴直徑(jing)。切(qie)割磨料可收回，反復使用2～3次，然后經過(guo)篩選，將過(guo)分細碎磨料去(qu)掉。
3. 切割噴嘴(zui)所(suo)用材質
對于(yu)切(qie)割噴嘴(zui)(zui)除了有足夠(gou)韌(ren)性(xing)和硬(ying)度外，更主要是(shi)有良好(hao)的耐磨(mo)性(xing)，才能有效地(di)減小切(qie)割噴嘴(zui)(zui)的磨(mo)損，從而提高其使用壽(shou)命(ming)。由于(yu)噴嘴(zui)(zui)內徑(jing)的磨(mo)損，將使切(qie)口的縫隙(xi)變寬，導致切(qie)口斷面的垂直度降低。通常選(xuan)用鎢、硅或者硬(ying)質(zhi)合金作為(wei)切(qie)割噴管的材料，但使用壽(shou)命(ming)均不夠(gou)理(li)想(xiang)，目(mu)前(qian)認為(wei)選(xuan)用藍寶石作為(wei)噴管的材料較為(wei)適(shi)合。
4. 切割工藝
水(shui)射流切割常用的切割材料及其切割工藝參(can)數見表6-23。
以低壓水射流切割工藝對不同厚板奧(ao)氏(shi)體(ti)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)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)已發(fa)展為(wei)一種精密(mi)加(jia)工工藝，它(ta)對設(she)備(bei)提出了(le)高精度的(de)要求，水(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)機將是(shi)一臺(tai)精密(mi)加(jia)工機床。這(zhe)種設(she)備(bei)的(de)技術特性完全(quan)相當于精密(mi)的(de)激光切(qie)(qie)割(ge)(ge)機。它(ta)由高壓水(shui)射流發(fa)生(sheng)器（增(zeng)壓裝置）、水(shui)刀切(qie)(qie)割(ge)(ge)頭、數(shu)控切(qie)(qie)割(ge)(ge)平臺(tai)、CNC控制器系統以及計算機、控砂輔助(zhu)裝置等組成。
