高压水射流加工原理

由于速度越快物体具有的动能就越大,水在高压下就获得了巨大的动能,由于水流很细,所以再接触物体时动能转化成的弹力的作用点十分集中,转化而来的弹力十分巨大,足以断石分金. 加入砂质磨料后,先在水加工作用下使得物体接触水加工的部位发生形变,一部分淹没剂就会与物体发生摩擦,进而加速切割物体的能力和速度.因为加入砂质磨料后，水流的质量增大，高速水流具有的动能就更大，在流速相同的情况下对外做功的本领就更大，从而切割能力大大提高。

水经过一个超高压加压器，将水加压至4,000 bar (60,000psi)，然后通过一个细小的喷嘴(其直径为0.004英寸至0.016英寸)，可产生一道每秒达750米(约音速的2.5倍)的水箭，此道水箭可做各种表面加工。要做到这点，对水、管道、喷口都有比较高的需求。如管道，水加工是用高压工具把水加压后射出来的，必须拥有极高的压力才能把坚硬的切割材料切开，所以管道必须能承受极高的压力，这个压力远远大于700兆帕，因为薄钢板（被切割材料）本身就能承受700兆帕的压力。

水加工用的水完全没有杂质是不对的。因为水压远远大于700兆帕，那么对于管道等密封设备而言，无论密封性能多么好，纯水总会使它们磨损而渗漏。为了解决这个问题，水加工用水就要加入5%的可溶性乳化油，提高密封效果。对于高压泵，也要加入一些油液提高其密封性能 。

水加工的喷嘴是用硬质合金、蓝宝石等材料做成的，喷口直径仅0.05毫米，而且孔内壁光滑平整，能承受1700兆帕的压力，所以喷出来的高压水能像刀一样切割材料。有些水还加入了一些长链聚合物，如聚乙烯氧化物，增加水的“黏度”，使喷出的水犹如一条“细线 。

泵是水加工系统的核心成员。对水进行加压并连续输出水流，从而让切割刀头把高压水变为超音速水射流。水加工应用可以采用两种泵－增压泵和直接驱动泵。

直接驱动泵的工作方式与在喷漆前冲洗房屋或甲板时所用的低压“压力清洗器”一样。它是一种直接由电机驱动三个活塞产生运动的三级泵。因为其简单可靠，这些泵得到了水加工工业的认可。直接驱动泵能够提供的最大连续工作压力比增压泵低10% 到25%（直接驱动泵为 20K 到50K 、增压泵为40 K 到60K ）。

1、 可切割范围广

可以切割绝大部分材料，如：金属，大理石，玻璃 等等。

2、 切割质量好

平滑的切口，不会产生粗糙的，有毛刺的边缘。

3、 无热加工

因为它是采用水和磨料切割，在加工过程中不会产生热（或产生极少热量），这种效果对被热影响的材料是非常理想的。如：钛。

4、环保性

这种机器采用水和沙切割，这种沙在加工过程中不会产生毒气，可直接排出，较环保。

5、 无需更换刀具

你不需要更换切割机装置，一个喷嘴就可以加工不同类型的材料和形状，节约成本和时间。

6、减少毛刺

采用磨料砂的水加工切割，切口只有较少的毛刺。

7、 编程迅速

程序主要是由CAD制图软件生成，你可以在layout中随意设计线图，或输入从其他软件中生成的DXF文件，另外，机器支持第三方软件，如nesting嵌套排版软件（用于把图形在工件中添满，能最大限度地减少工件损耗）。

8、 快速的编程

可以把其他软件生成的程序调入机器，它能够从CAD建立起刀具路径，并能把刀头的精确定位和切割速度在超过2,000点/英寸（800点/cm）计算出来，你需要做的只是指定你要切割的材料和厚度，其他的工作交给机器去完成。

9、 与其他设备组合，可以进行分别操作。

水切割机可和其他的加工设备组配（如钻削头），充分利用其性能，优化材料利用程度。

10、 减少调整次数

对工件只需要很小的侧压就能固定好，减少复杂的装夹带来的麻烦 。

从本质上讲，有两类水加工：（1）纯水水加工和（2） 加砂水加工。设备设计为只能使用纯水水加工、只能使用加砂水加工、或二者均可。无论何种形式，必须首先对水加压。

1950 年，Franz第一次把很重的重物放到水柱上，迫使水通过一个很小的喷嘴。他获得了短暂的高压射流（多次超过了现在使用的压力），并能够切割木头和其它材料。他后来的研究涉及更为连续的水流，但他发现获得连续高压非常困难。同时，零件的寿命也以分钟计算，而不是今天的数周或数月。

1979 年，Mohamed Hashish 博士在福禄研究室工作，开始研究增加水加工切割能量的方法，以便切割金属和其它硬质材料。Hashish 博士被公认为加砂水刀水加工之父，他发明了在普通水刀中添加砂料的方法。 他使用石榴石（砂纸上常用的一种材料）作为砂料。凭借这种方法，水加工（含有砂料）能够切割几乎任何材料。

1980 年，加砂水刀第一次被用于切割金属、玻璃和混凝土。1983 年，世界上第一套商业化的加砂水刀切割系统问世，被用于切割汽车玻璃。该技术的第一批用户是航空航天工业，他们发现水刀是切割军用飞机所用的不锈钢、钛和高强度轻型合成材料以及碳纤维复合材料的理想工具（现在已用于民用飞机）。从那以后，加砂水刀被许多其它工业采纳，例如加工厂、石料、瓷砖、玻璃、喷气发动机、建筑、核工业、船厂等等。

水加工的用途主要有三个，一是加工非可燃性材料，如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料，这是热切割无法加工的材料；二是加工可燃性材料，如钢板、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛刺，但水切割加工不会产生燃烧区和毛刺，被切割材料的物理、机械性能不发生改变，这也是水加工的一大优点；三是加工易燃易爆材料，如弹药和易燃易爆环境内的切割，这是其它加工方法无法取代的。2100433B