一、切割原理
水射(she)流切(qie)(qie)割屬于一(yi)種新型(xing)冷加(jia)工工藝(yi)，它能在條(tiao)件惡劣且(qie)嚴禁煙火的(de)現場使用，得到了廣(guang)泛的(de)重視，現給予(yu)介(jie)紹。水射(she)流切(qie)(qie)割是集機(ji)械、電子、計算機(ji)、自(zi)動控制技(ji)術為一(yi)體的(de)高新科技(ji)成果，是近(jin)幾(ji)年(nian)來(lai)才發展起(qi)來(lai)的(de)一(yi)種嶄(zhan)新的(de)材料加(jia)工方(fang)法。
水(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)的(de)(de)原(yuan)理是利用一定高(gao)(gao)壓(ya)的(de)(de)純水(shui)或帶有切(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料的(de)(de)液漿，經切(qie)(qie)割(ge)(ge)噴管射出具有高(gao)(gao)密(mi)度沖擊(ji)的(de)(de)液柱，直沖被加工(gong)物(wu)體進行切(qie)(qie)割(ge)(ge)。按水(shui)壓(ya)高(gao)(gao)低(di)的(de)(de)不同，可分(fen)為(wei)低(di)壓(ya)和高(gao)(gao)壓(ya)水(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)兩種，圖6-17和圖6-18為(wei)水(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)工(gong)藝原(yuan)理示意圖。
二、切割特點
水射流切(qie)割(ge)技術有(you)下列(lie)特點：
1. 切割的水射流壓力(li)大
水(shui)射流壓力(li)為幾十到(dao)幾百兆帕(pa)，以2～3倍聲速(su)產(chan)(chan)生(sheng)巨(ju)大的射流能(neng)量密度來切(qie)(qie)割(ge)物體。被切(qie)(qie)割(ge)工(gong)(gong)(gong)件的切(qie)(qie)口溫升很低，一般(ban)溫度不超過100℃，這是(shi)與其他(ta)熱(re)切(qie)(qie)割(ge)工(gong)(gong)(gong)藝相比最為突出的優點。這樣(yang)，它就排(pai)除了被切(qie)(qie)割(ge)工(gong)(gong)(gong)件產(chan)(chan)生(sheng)變形(xing)、切(qie)(qie)口部分(fen)的熱(re)影響(xiang)區(qu)和組織變化的可(ke)能(neng)性。它在嚴禁煙火(huo)的場合(he)，如(ru)海(hai)洋石油鉆(zhan)井平臺、煉油廠、大型油罐、油氣輸送管路等(deng)處，能(neng)安(an)全可(ke)靠(kao)地使用。
2. 水射(she)流切割的切口(kou)質量十分優異
切(qie)口(kou)表(biao)面(mian)平(ping)滑，不存在(zai)任何毛(mao)刺和氧(yang)化殘(can)跡，切(qie)口(kou)的間(jian)隙很窄，用純水切(qie)割(ge)，一(yi)(yi)般可控制在(zai)0.1mm以內(nei)；添加一(yi)(yi)定切(qie)割(ge)磨料(liao)則在(zai)1.2～2.0mm之間(jian)。切(qie)口(kou)不需要進(jin)行二次加工(gong)，簡化了(le)加工(gong)程序。
3. 切割厚度范圍比較(jiao)寬
水(shui)射流(liu)的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)厚度范圍比較寬，最大切(qie)割(ge)(ge)厚度可大于100mm。對于厚為2.0mm的(de)(de)特殊鋼板，切(qie)割(ge)(ge)速(su)度可達100cm／min，盡管水(shui)射流(liu)切(qie)割(ge)(ge)速(su)度略遜(xun)于激光(guang)切(qie)割(ge)(ge)，但它在切(qie)割(ge)(ge)過程中不會產生大量的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)熱，所以(yi)在實(shi)際應用上，水(shui)射流(liu)切(qie)割(ge)(ge)更具有優越性。
4. 切割對象廣泛
這(zhe)種(zhong)切割方法不僅適用于(yu)金屬和非金屬的切割，也(ye)適用于(yu)復合材料(liao)、熱敏感材料(liao)的加工。
5. 優良的操(cao)作環境
水(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)過程(cheng)中無輻(fu)射(she)線、無飛(fei)濺(jian)粒子，避免了(le)灰塵(chen)飛(fei)揚現象，環(huan)境不(bu)受污染(ran)。即使(shi)是磨料水(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)，磨料的粉塵(chen)和切(qie)割(ge)(ge)屑也(ye)能直接被水(shui)(shui)流沖走(zou)，進入收集(ji)器內，確保了(le)操作者(zhe)的身(shen)體健康(kang)，可稱得上是一種(zhong)綠色環(huan)保的加工方法。
由(you)于水射(she)流(liu)切割(ge)有(you)(you)上述優點，在航空航天、原子能、石油、化工、水下工程(cheng)及(ji)建筑等行(xing)業均有(you)(you)廣(guang)泛應用的(de)前景(jing)。
三、切割工藝
1. 切割(ge)方法
目(mu)前的(de)水射流(liu)切割方(fang)法(fa)有(you)低壓和高壓水射流(liu)兩種。
低壓(ya)(ya)水(shui)射(she)流切割(ge)(ge)是將高壓(ya)(ya)水(shui)（14～69MPa）和(he)切割(ge)(ge)磨(mo)料首先在一(yi)加壓(ya)(ya)儲罐內(nei)進(jin)行預(yu)混合，然后將混合好的磨(mo)料液漿經過一(yi)軟管直接送到割(ge)(ge)槍內(nei)進(jin)行切割(ge)(ge)，如圖6-17所示。被切割(ge)(ge)工(gong)件可以在遠離切割(ge)(ge)電(dian)源(yuan)500m處或者水(shui)下進(jin)行切割(ge)(ge)。
高(gao)(gao)壓水射流切(qie)(qie)割(ge)是將高(gao)(gao)壓水（大于240MPa）和干燥(zao)磨料分別通過各自(zi)軟管輸送，然(ran)后在(zai)(zai)割(ge)槍的混合腔內進(jin)行混合，并完成物件的切(qie)(qie)割(ge)加(jia)(jia)工(gong)，如圖6-18所示。被(bei)切(qie)(qie)割(ge)加(jia)(jia)工(gong)工(gong)件一般在(zai)(zai)切(qie)(qie)割(ge)電源附近進(jin)行。
低(di)壓(ya)和高(gao)壓(ya)水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)在相同條件下(xia)進行(xing)切割(ge)(ge)加(jia)工時，前(qian)者(zhe)水(shui)(shui)和切割(ge)(ge)磨(mo)料的消耗(hao)僅為(wei)后者(zhe)的1/8～1/3；從割(ge)(ge)槍的結構(gou)上看，低(di)壓(ya)水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)的割(ge)(ge)槍相對簡單些；從能量消耗(hao)來(lai)看，低(di)壓(ya)水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)所耗(hao)能量較小。所以目前(qian)低(di)壓(ya)水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)為(wei)最有效(xiao)的切割(ge)(ge)工藝(yi)。
2. 切割(ge)磨料
水射流切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)所用的(de)(de)磨(mo)料，主(zhu)要有金剛砂、橄欖(lan)石、石榴石、煉(lian)銅(tong)爐(lu)(lu)渣和(he)氧化物。其中(zhong)煉(lian)銅(tong)爐(lu)(lu)渣較(jiao)為(wei)理想，一是它(ta)(ta)的(de)(de)價格低，只(zhi)有精鋼(gang)砂的(de)(de)1/8～1/10；更主(zhu)要的(de)(de)是它(ta)(ta)的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度比(bi)金剛砂快30％。這是由于煉(lian)銅(tong)爐(lu)(lu)渣的(de)(de)顆粒比(bi)較(jiao)尖(jian)銳，在切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)過程中(zhong)，當它(ta)(ta)們與(yu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工件(jian)相撞后(hou)被破碎，從(cong)而(er)形成(cheng)較(jiao)多的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)刀。另外(wai)，用金剛砂進行水射流切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)時，切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料容(rong)易嵌入母材，從(cong)而(er)對切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)處(chu)的(de)(de)某些(xie)性(xing)能(neng)(neng)，如(ru)焊接(jie)接(jie)頭(tou)力(li)學性(xing)能(neng)(neng)，會產生(sheng)不(bu)良影(ying)響，而(er)用煉(lian)銅(tong)爐(lu)(lu)渣作(zuo)為(wei)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料就能(neng)(neng)克服這一瑕疵。
一般要(yao)求切(qie)割磨(mo)(mo)料(liao)(liao)的粒度為0.2～1.5mm，這主要(yao)取決于(yu)切(qie)割噴(pen)槍的噴(pen)嘴(zui)直徑。切(qie)割磨(mo)(mo)料(liao)(liao)可收回，反復使用(yong)2～3次，然后(hou)經(jing)過(guo)篩(shai)選，將過(guo)分細碎磨(mo)(mo)料(liao)(liao)去掉。
3. 切割(ge)噴嘴所用材質
對于切(qie)割噴(pen)嘴除了有足(zu)夠(gou)韌性和硬(ying)度外，更主要(yao)是有良(liang)好的(de)耐磨(mo)性，才(cai)能有效地(di)減(jian)小切(qie)割噴(pen)嘴的(de)磨(mo)損，從而提高其使(shi)用壽命(ming)(ming)。由于噴(pen)嘴內徑的(de)磨(mo)損，將使(shi)切(qie)口(kou)(kou)的(de)縫隙變寬，導致切(qie)口(kou)(kou)斷面的(de)垂直度降(jiang)低。通常選用鎢(wu)、硅或者硬(ying)質合(he)金作為切(qie)割噴(pen)管(guan)的(de)材(cai)料，但使(shi)用壽命(ming)(ming)均不(bu)夠(gou)理想，目(mu)前認為選用藍寶石(shi)作為噴(pen)管(guan)的(de)材(cai)料較為適(shi)合(he)。
4. 切(qie)割(ge)工(gong)藝
水(shui)射流(liu)切割常用的(de)切割材料及其切割工藝參數見(jian)表6-23。
以低壓水射流切割工藝對不同厚板奧氏體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(she)(she)流(liu)切(qie)割(ge)(ge)已發展為一種精(jing)密加(jia)工工藝，它(ta)對設備(bei)提出了高精(jing)度的(de)(de)要求，水(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)割(ge)(ge)機(ji)將(jiang)是(shi)一臺(tai)精(jing)密加(jia)工機(ji)床。這(zhe)種設備(bei)的(de)(de)技術特(te)性完全相(xiang)當(dang)于精(jing)密的(de)(de)激光切(qie)割(ge)(ge)機(ji)。它(ta)由高壓水(shui)射(she)(she)流(liu)發生(sheng)器(qi)（增壓裝置）、水(shui)刀(dao)切(qie)割(ge)(ge)頭、數控切(qie)割(ge)(ge)平(ping)臺(tai)、CNC控制器(qi)系統以及計算機(ji)、控砂輔助裝置等組成。
