一(yi)、切割原理
水射(she)(she)流(liu)切割屬于一(yi)種(zhong)新型冷加工工藝，它能在條件惡(e)劣(lie)且嚴禁煙火(huo)的(de)現場使用，得到了廣泛的(de)重視，現給予介紹。水射(she)(she)流(liu)切割是集機械、電子(zi)、計算機、自動控制技術為一(yi)體(ti)的(de)高新科技成果(guo)，是近(jin)幾(ji)年來才發展起來的(de)一(yi)種(zhong)嶄(zhan)新的(de)材料加工方法。
水(shui)射流(liu)(liu)切割(ge)的原(yuan)理是利用(yong)一定高(gao)(gao)壓的純水(shui)或帶有切割(ge)磨(mo)料的液漿(jiang)，經切割(ge)噴管射出具有高(gao)(gao)密度(du)沖擊的液柱(zhu)，直沖被加工物(wu)體進(jin)行切割(ge)。按水(shui)壓高(gao)(gao)低(di)的不同，可分為(wei)低(di)壓和高(gao)(gao)壓水(shui)射流(liu)(liu)切割(ge)兩種，圖(tu)(tu)6-17和圖(tu)(tu)6-18為(wei)水(shui)射流(liu)(liu)切割(ge)工藝原(yuan)理示意圖(tu)(tu)。
二、切割特點
水射流切(qie)割技術有下列特點：
1. 切割的水射流壓力大
水射(she)流(liu)壓力為(wei)幾(ji)十到幾(ji)百(bai)兆帕，以2～3倍聲速(su)產(chan)生巨大(da)的(de)(de)射(she)流(liu)能(neng)量密(mi)度(du)來(lai)切割(ge)物體(ti)。被切割(ge)工(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)切口溫(wen)升(sheng)很低，一(yi)般溫(wen)度(du)不超過100℃，這(zhe)是與其他熱切割(ge)工(gong)(gong)藝相比最為(wei)突出的(de)(de)優點。這(zhe)樣，它就排(pai)除了被切割(ge)工(gong)(gong)件(jian)(jian)產(chan)生變形(xing)、切口部分的(de)(de)熱影響區和組織變化的(de)(de)可(ke)能(neng)性。它在嚴禁煙火(huo)的(de)(de)場合(he)，如海洋石油(you)鉆(zhan)井(jing)平(ping)臺、煉油(you)廠、大(da)型油(you)罐、油(you)氣輸送管路(lu)等(deng)處，能(neng)安全可(ke)靠(kao)地使用。
2. 水射流切割的(de)切口質(zhi)量十分優異(yi)
切(qie)(qie)口(kou)表面平滑，不(bu)存在任何毛(mao)刺和氧(yang)化(hua)殘跡(ji)，切(qie)(qie)口(kou)的間隙(xi)很窄，用純水切(qie)(qie)割，一(yi)般可控(kong)制在0.1mm以內(nei)；添加(jia)一(yi)定切(qie)(qie)割磨料則在1.2～2.0mm之間。切(qie)(qie)口(kou)不(bu)需(xu)要進行二次加(jia)工(gong)(gong)，簡化(hua)了加(jia)工(gong)(gong)程序。
3. 切割厚度范圍(wei)比(bi)較寬
水(shui)射流(liu)的(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)厚度范圍比較寬，最大(da)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)厚度可大(da)于(yu)100mm。對于(yu)厚為2.0mm的(de)特殊(shu)鋼(gang)板，切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度可達(da)100cm／min，盡管水(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度略遜(xun)于(yu)激(ji)光(guang)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)，但(dan)它在(zai)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)過(guo)程中不(bu)會產(chan)生大(da)量的(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)熱，所以在(zai)實際(ji)應用上，水(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)更具有優越性。
4. 切割對象廣泛
這種切割方法不僅適(shi)用于(yu)金(jin)(jin)屬和非金(jin)(jin)屬的切割，也(ye)適(shi)用于(yu)復(fu)合材(cai)料、熱敏(min)感材(cai)料的加工。
5. 優(you)良(liang)的操作環境
水(shui)(shui)射流切割過(guo)程中無(wu)輻射線、無(wu)飛(fei)濺粒子(zi)，避免(mian)了灰(hui)塵飛(fei)揚現象(xiang)，環(huan)(huan)境(jing)不受污染。即使是磨料(liao)水(shui)(shui)射流切割，磨料(liao)的(de)粉(fen)塵和切割屑也(ye)能(neng)直(zhi)接被水(shui)(shui)流沖走，進(jin)入(ru)收集器內，確(que)保了操作(zuo)者的(de)身體健康(kang)，可稱得上是一種(zhong)綠色環(huan)(huan)保的(de)加工方法。
由于水射流切割有(you)上述優點，在(zai)航(hang)空航(hang)天、原子能(neng)、石油(you)、化工(gong)、水下工(gong)程及建筑(zhu)等行業(ye)均(jun)有(you)廣泛(fan)應(ying)用的前景(jing)。
三、切(qie)割工藝
1. 切割方法
目前的水射流切割方法有低壓(ya)和高壓(ya)水射流兩(liang)種。
低(di)壓(ya)水射流切(qie)割(ge)(ge)是將(jiang)高(gao)壓(ya)水（14～69MPa）和切(qie)割(ge)(ge)磨料(liao)首先在一加(jia)壓(ya)儲(chu)罐內進行(xing)(xing)預混合，然后將(jiang)混合好的磨料(liao)液(ye)漿經過一軟管直接送到割(ge)(ge)槍內進行(xing)(xing)切(qie)割(ge)(ge)，如圖(tu)6-17所示。被(bei)切(qie)割(ge)(ge)工件可以(yi)在遠離切(qie)割(ge)(ge)電源500m處(chu)或者水下進行(xing)(xing)切(qie)割(ge)(ge)。
高壓水(shui)射流切(qie)割(ge)是將(jiang)高壓水(shui)（大于(yu)240MPa）和(he)干燥(zao)磨料分別(bie)通過各自軟(ruan)管輸送，然(ran)后在(zai)割(ge)槍的混合(he)腔(qiang)內進(jin)行混合(he)，并完(wan)成(cheng)物件的切(qie)割(ge)加工，如圖6-18所示。被切(qie)割(ge)加工工件一般在(zai)切(qie)割(ge)電(dian)源附(fu)近(jin)進(jin)行。
低(di)壓(ya)和(he)高壓(ya)水射(she)流(liu)(liu)切(qie)割(ge)在相(xiang)同條件下進行切(qie)割(ge)加工時(shi)，前者水和(he)切(qie)割(ge)磨料的(de)消耗僅為后者的(de)1/8～1/3；從割(ge)槍的(de)結構上看，低(di)壓(ya)水射(she)流(liu)(liu)切(qie)割(ge)的(de)割(ge)槍相(xiang)對簡(jian)單些；從能(neng)量消耗來看，低(di)壓(ya)水射(she)流(liu)(liu)切(qie)割(ge)所耗能(neng)量較小。所以(yi)目(mu)前低(di)壓(ya)水射(she)流(liu)(liu)切(qie)割(ge)為最有(you)效的(de)切(qie)割(ge)工藝。
2. 切割(ge)磨料
水射流(liu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)所(suo)用(yong)的(de)(de)磨(mo)料(liao)，主要(yao)有(you)金剛砂、橄欖石、石榴石、煉(lian)銅(tong)爐(lu)渣和氧化物。其(qi)中(zhong)煉(lian)銅(tong)爐(lu)渣較(jiao)為理(li)想，一是(shi)它的(de)(de)價格低，只有(you)精鋼砂的(de)(de)1/8～1/10；更主要(yao)的(de)(de)是(shi)它的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)速度(du)比金剛砂快30％。這(zhe)是(shi)由(you)于煉(lian)銅(tong)爐(lu)渣的(de)(de)顆粒比較(jiao)尖銳(rui)，在切(qie)(qie)(qie)割(ge)過程(cheng)中(zhong)，當(dang)它們與切(qie)(qie)(qie)割(ge)工件相(xiang)撞后(hou)被破碎，從(cong)而形(xing)成較(jiao)多(duo)的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)刀。另外，用(yong)金剛砂進行水射流(liu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)時，切(qie)(qie)(qie)割(ge)磨(mo)料(liao)容易嵌(qian)入母材，從(cong)而對(dui)切(qie)(qie)(qie)割(ge)處(chu)的(de)(de)某些(xie)性(xing)能，如焊接(jie)接(jie)頭力(li)學性(xing)能，會產生不良影響，而用(yong)煉(lian)銅(tong)爐(lu)渣作為切(qie)(qie)(qie)割(ge)磨(mo)料(liao)就能克服這(zhe)一瑕(xia)疵。
一般要求切割(ge)磨(mo)(mo)料(liao)的粒(li)度為0.2～1.5mm，這主要取決(jue)于切割(ge)噴槍的噴嘴(zui)直徑。切割(ge)磨(mo)(mo)料(liao)可收回，反復(fu)使用2～3次，然后經過篩選，將過分細碎磨(mo)(mo)料(liao)去(qu)掉(diao)。
3. 切割噴嘴(zui)所用材質(zhi)
對于切(qie)(qie)割(ge)(ge)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)除了有(you)足夠(gou)韌性和硬度外，更主(zhu)要是有(you)良好的(de)耐磨性，才能有(you)效地減小切(qie)(qie)割(ge)(ge)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)的(de)磨損(sun)(sun)，從而提高其使(shi)用壽(shou)命。由于噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)內徑的(de)磨損(sun)(sun)，將使(shi)切(qie)(qie)口的(de)縫隙變寬，導致切(qie)(qie)口斷面的(de)垂直度降低。通常選(xuan)用鎢、硅或者硬質(zhi)合金(jin)作為(wei)切(qie)(qie)割(ge)(ge)噴(pen)(pen)(pen)管的(de)材(cai)料(liao)，但使(shi)用壽(shou)命均不(bu)夠(gou)理想，目(mu)前(qian)認為(wei)選(xuan)用藍寶石作為(wei)噴(pen)(pen)(pen)管的(de)材(cai)料(liao)較為(wei)適(shi)合。
4. 切割工藝(yi)
水射流切割(ge)常用的切割(ge)材料(liao)及其切割(ge)工(gong)藝參數見表6-23。
以低壓水射流切割工藝對不同厚板奧氏體(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(yu)水(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)已發展為一(yi)種精(jing)(jing)(jing)密加(jia)工工藝，它對設(she)備提出了高精(jing)(jing)(jing)度的要求(qiu)，水(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)機將是一(yi)臺(tai)精(jing)(jing)(jing)密加(jia)工機床。這(zhe)種設(she)備的技術(shu)特性完全(quan)相當于(yu)精(jing)(jing)(jing)密的激光切(qie)(qie)割(ge)(ge)機。它由高壓(ya)(ya)水(shui)射(she)(she)流(liu)發生(sheng)器(qi)（增壓(ya)(ya)裝(zhuang)(zhuang)置）、水(shui)刀切(qie)(qie)割(ge)(ge)頭、數控切(qie)(qie)割(ge)(ge)平(ping)臺(tai)、CNC控制器(qi)系統以及計(ji)算機、控砂輔助裝(zhuang)(zhuang)置等(deng)組成(cheng)。
