水切割技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

水切割技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢112機械電子王鵬宇Contents水切割的介紹及原理解釋水切割與傳統(tǒng)切割技術(shù)的優(yōu)缺點比較水切割技術(shù)的應(yīng)用范圍水切割技術(shù)的發(fā)展及未來發(fā)展趨勢2什么是水切割技術(shù)？水刀切割是通過超高壓發(fā)生器將水加壓到300兆帕以上，通過一個專用的切割噴頭在極細的小孔中噴出，對材料進行切割加工的一種現(xiàn)代制造技術(shù)。這種高壓水流具有極強的切割能力，其速度能達到聲速的數(shù)倍，而且通過在其中添加砂子等磨料可以使其切割能力倍增。水刀切割可以對任何材料進行任意曲線的一次性切割加工，而且在切割時不產(chǎn)生熱量和有害物質(zhì)，材料無熱效應(yīng)（冷態(tài)切割），切割后不需要或易于二次加工，。

水切割技術(shù)起源于1936年，美國和前蘇聯(lián)工程師將水進行增壓，形成高壓水射流，利用高壓能采煤、采礦；1950年水刀之父 NormanFranz博士成為研究超高壓水刀切割工具的第一人，他將很重的重物放到水柱上，迫使水流通過很小的噴嘴，獲得了短暫的高壓射流。34水切割視頻5水切割的工作原理低壓水通過高壓水泵的作用，變?yōu)楦邏核?，通過高壓管，然后從切割噴頭射出來，因為需要高壓射出，所以水刀的口徑很小，水刀噴嘴一般是用高級硬質(zhì)合金、寶石、金剛石等制成。水流噴出的速度是聲速的幾倍，這種高壓水流具有極強的切割能力。6水切割的優(yōu)缺點優(yōu)點：①切割能力強

水刀可以切割絕大多數(shù)材料，例如：金屬、玻璃、大理石、復合材料。

②切割的質(zhì)量好

材料被切后，切口平滑

，不會產(chǎn)生粗糙的，有毛刺的邊緣。7③冷加工因為它是采用水和磨料切割，在加工過程中不會產(chǎn)生熱（或產(chǎn)生極少熱量），減少了材料的熱變形，與傳統(tǒng)切割相比具有更好的切割效果。④綠色環(huán)保

采用水作為工具，不會產(chǎn)生污染物，可直接排出，綠色環(huán)保。⑤無需更換刀具不需要更換切割機裝置，一個噴嘴就可以加工不同類型的材料和形狀，節(jié)約成本和時間。8⑥切割迅速，準確度好

水刀切割能力強，所以在移動時可以很迅速。除此以外，水刀的切口細，可以加工很精密的零件，準確性好。缺點：①使用成本高

需要大量的水和砂。②維護成本高

原件壽命較短，水切割機的維護成本較高。9水切割與其他切割技術(shù)的比較10水切割的應(yīng)用范圍①金屬切割、高硬度及不可熔的材料切割，如石材、玻璃、陶瓷、硬質(zhì)合金、金剛石。②水切割還被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械的加工，水切割能滿足醫(yī)療器械微型化、精密化的要求。③小型水切割工具是高危作業(yè)領(lǐng)域最理想的切割工具，在排爆、化工行業(yè)、救援行業(yè)有著無可替代的作用。11水切割的發(fā)展及未來發(fā)展趨勢水切割的發(fā)展121950水刀之父NormanFranz博士是高壓水刀研究的第一人，證明了高速匯聚水流具有極大的切割能量。1979MohamedHashish博士發(fā)明了在普通水刀中添加砂料的方法，大大提高了水切割的切割能力，幾乎能夠切割任何材料。1983世界上第一套商業(yè)化的加砂水刀切割系統(tǒng)問世，被用于切割汽車玻璃。水切割的固有缺陷

由于能量梯度的作用，激光、氣體等離子、射流等切割手段在切面越深時（距噴嘴越遠），切割能力越差，所以所形成的切割面往往不垂直于工件表面，被稱之為切割斜度，這是所有切割手段的一個固有缺陷。雖然通過提高切割能量或降低切割速度可以部分減小切割斜度，但依然存在不能完全垂直切割的問題。13固有缺陷的解決方法

1997年，可傾斜切割頭的設(shè)想被提了出來。這是解決切割斜度，提高精度最直接有效的方法。其原理是通過在原有三軸平臺的基礎(chǔ)上再增加2個旋轉(zhuǎn)軸，刀頭可向任何方向擺動，并利用預(yù)先在系統(tǒng)中設(shè)置的斜度模型，通過對切割軌跡的實時計算，再根據(jù)被切工件的材料與厚度進行修正，在切割的過程中不斷地擺動切割頭，使得切割出來的工件達到完美的無斜度狀態(tài)。這種技術(shù)被稱作動態(tài)水刀切割技術(shù)。

動態(tài)水刀能以更快的速度切割出更高的品質(zhì)的切割面。動態(tài)水刀過程的核心是復雜的數(shù)學公式，如射流的偏斜及水箭中射入及射出位置的相對關(guān)系等變數(shù)。切割路徑由數(shù)學模式計算得出，切口斜邊可被消除。即使在高速下也可以產(chǎn)生完美的轉(zhuǎn)角和弧線

1415普通水刀切割的直角動態(tài)水刀切割的直角發(fā)展趨勢1.加強基礎(chǔ)功能原件的技術(shù)開發(fā)，提高原件壽命。由于水切割是以高壓加砂水流為工具，原件磨損嚴重，導致維護成本較高，所以提高基礎(chǔ)原件壽命，降低維修成本是很有必要的。2.不斷提高水切割的精