1、精選優質文檔-傾情為你奉上精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業專心-專注-專業精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業 高壓水切割技術 班級：2013 學號：2013 姓名：高壓水切割的原理及應用一、簡介：高壓水切割也稱水射流切割或水刀切割。高壓水射流切割是一種特殊的加工方法。它利用增壓器將水加壓，達到10MPa一400MPa甚至更高的壓力。水獲得壓力能，再從細小的噴嘴噴射而出，將壓力能轉換為動能，從而形成高速射流。切割正是利用這種高速射流的動能對工件的沖擊破壞作用，達到切斷、成形的目高壓水切割既不同于傳統加工的銑、刨、磨、削，也有別于一般的剪切和沖裁。它屬于高能切割。高壓水射流切割就

2、是把高壓水射流的動能作為切割能，對材料進行沖蝕和擠壓、破壞，以達到切割的目的的一種新工藝。它最大特點是非熱源的高能量射流束加工，切割過程中無熱產生，故可以切割所有的金屬和非金屬材料，特別是各種熱切割方法難以切割的材料。具有：切口快、切口平整、無塵埃、無熱變形、無污染 、減少材料浪費等特點。主要用于特殊合金材料、厚金屬材料、復合材料、大理石、玻璃、有機合成材料、木材、陶瓷、塑料及各種非金屬材料等等。是對激光切割理想的補充切割方法。 二、歷史背景：高壓水切割技術是利用與水滴石穿相同的原理，把動量加大，縮短時間，達到斷石、斷鐵、切割的目的。高壓水切割的“發現”起源于蘇格蘭，經過100年的試驗研究，才

3、出現了工業高壓水切割系統。 1936年美國和蘇聯的采礦工程師成功地利用高壓水射流方式進行采煤和采礦，到1956年，前蘇聯利用2000bar壓力的水切割巖石。實際上高壓水切割不是專利，直到1968年被美國的哥倫比亞大學的教授在高壓水中加入磨料，通過水的高壓噴射和磨料的磨削作用，加速了切割過程的完成。 高壓水切割技術的真正的商品化應用是上世紀80年代初洛克韋爾飛機公司用水切割機來切割BI轟炸機的欽合金零件，可以節約成本50%。目前許多國外的公司用高壓水切割各種材料，甚至用于軍艦制造。發展現狀：目前，國際上像美國、德國等都攻破了超高壓水切割的技術，最高切割壓力可達550MPa左右，并廣泛地應用于石材

4、、金屬、玻璃、木材、橡膠等各種材料的切割。中國開展這項工作的研究有近四十年的時間，但超高壓水切割一直處在實驗室階段，尚未用于穩定的商業運行。國內其它企業也有生產水切割設備的廠家，實際運行壓力比較低，屬中、低壓水平。壓力愈高，切割的工藝性愈好，切割速度愈快，尤其在厚板切割時，中低壓(200MPa)的水切割機，不能保證被切割材料頂部和底部的切割曲線一致性，甚至切不透，切割速度很慢。主要原理：高壓水射流以水為工作介質，通過增壓設備和特定形狀的噴嘴產生高速射流束，具有極高的能級密度。超高壓水刀的基本技術既簡單又極為復雜。當水被加壓至很高的壓力并且從特制的噴嘴小開孔(其直徑為0.1mm至0.5mm)通過

5、時, 可產生一道每秒達近千公尺(約音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各種軟質材料包括食品, 紙張, 紙尿片, 橡膠及泡棉，此種切割被稱為純水切割。 而當少量的砂如石榴砂被加入水射流中與其混合時, 所產生之加砂水射流, 實際上可切割任何硬質材料包括金屬, 復合材料, 石材及玻璃. 超高壓水刀也可使用于各種不同的工業表面處理應用如船身清洗及汽車噴漆設備清洗. 六、優點： 較之激光、等離子、線切割等傳統的切割方式，水射流切割技術確實有其獨特、顯著的優勢： 1.切割品質優異：水射流是一種冷加工方式，水刀不磨損且半徑很小，能加工具有銳邊輪廓的小圓弧。加工本身無熱量產生且加工力小，加工表面不會出現熱影響

6、區，自然切口處材料的組織結構不會發生變化，也幾乎不存在熱和機械的應力與應變，無需二次加工，無裂縫、無毛邊、無浮渣，因此其切割品質優良。 2.幾乎沒有材料和厚度的限制：無論是金屬類如普通鋼板、不銹鋼、銅、鈦、鋁合金等，或是非金屬類如石材、陶瓷、玻璃、橡塑、紙張及復合材料，皆可適用。 3.節省成本：水切割所產生橫向及縱向的作用力極小，不會產生熱效應或變形或細微的裂縫，不需二次加工，既可鉆孔亦可切割，降低了切割時間及制造成本。 4.清潔環保無污染：在切割過程中不會產生弧光、灰塵及有毒氣體。操作環境整潔，符合嚴格的環保要求。 5.便于實現一機多能和自動化、數控化：高壓水射流是全方位點切割器，無碩萬孔，

7、可以在任意點切割，切出任何復雜的形狀。因此對程序化和數控操作十分便利。另外采用CAM或CAD控制加工，可以達到高精度，重復加工能力強。 6.優化材料的利用率。由于射流切口小、切割可以精確控制，因此樣板可以嵌套或者相切排列，充分利用每一塊材料，減少廢料。 7.加工能力強，可以加工不同材質的工件;硬質材料的加工厚度達6;可以加工某些難以用傳統加工方法切割的材料。七、不足： 1.高硬度的材料，諸如鋼、金屬陶瓷、高強度復合材料、堅硬的巖石純水射流不能切割;而磨料水射流存在噴嘴磨損和切割成本大的問題。 2.高壓水射流的設備成本比其他切割方法高。 3.在一些應用中，與激光切割、等離子弧切割、線電極電火花切

8、割等方法比較，存在進給速率低、加工精度差等不足。 4.在切割過程中，影響切割質量的參數多，條件復雜，有時切割導致斷面分層和條紋。八、與其他方法比較： 與激光切割相比較：設備的投資較大，目前大多用于、部分的切割，切割速度較快，精度較高，但時在切縫處會引起弧痕并引起；另外對有些材料激光切割不理想，如鋁、銅等、合金，尤其是對較厚金屬板材的切割，切割表面不理想，甚至無法切割。目前人們對大功率激光發生器的研究，就是力圖解決的切割，但設備投資、維護保養和運行消耗等成本也很可觀。水切割投資小,低,切割材料范圍廣,效率高，操作維修方便。 與等離子切割相比較：有明顯的，精度低，切割表面不容易再進行二次加工。水切

9、割屬于冷態切割,無,切割面質量好,無需二次加工，如需要也很容易進行二次加工。 與線切割相比較：對金屬的加工，有更高的精度，但速度很慢，有時需要用其它方法另外穿孔、穿絲才能進行切割，而且切割尺寸受到很大局限，水切割可以對任何材料打孔、切割，切割速度快,加工尺寸靈活。 與其他切割方法相比較：對一些金屬零件可采取沖剪工藝方法，效率高、速度快，但需要特定的模具和刀具，水切割與該切割方法相比柔性好，可隨時進行任意形狀工件的切割加工，尤其在材料厚、硬度高等情況下，沖剪工藝將很難或無法實現，而用水切割方法則較為理想；也是金屬領域常用的切割工藝，切割的厚度范圍非常大，但與水切割相比其熱效應明顯、切割表面質量和精度較差，另外水切割能很好地解決一些熔點高、合金、等特殊材料的切割加工。九、水射流技術在船舶制造方面的應用： 傳統的切割船體鋼板的方法中，火焰切割由于設備成本低、技術成熟等原因而受到青睞，但缺點也顯而易見，比如火焰切割的熱影響區較大，從而造成的熱變形比較大。現代造船業中，模塊化組裝建造技術被大量采用，這就必然牽涉到組裝精度的問題。采用傳統方法對船體鋼板進行切割，會因為發熱而導致熱應力和熱變形，會對最終安裝精度產生影響。超高壓水切割法屬于冷