水切割技术的发展现状和趋势

1、,水切割技术的现状和发展趋势,1,12机械电子王鹏宇,Contents,2,什么是水切割技术？,水刀切割是通过超高压发生器将水加压到300兆帕以上，通过一个专用的切割喷头在极细的小孔中喷出，对材料进行切割加工的一种现代制造技术。这种高压水流具有极强的切割能力，其速度能达到声速的数倍，而且通过在其中添加砂子等磨料可以使其切割能力倍增。水刀切割可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工，而且在切割时不产生热量和有害物质，材料无热效应（冷态切割），切割后不需要或易于二次加工，。 水切割技术起源于1936年，美国和前苏联工程师将水进行增压，形成高压水射流，利用高压能采煤、采矿；1950年水刀之父 No

2、rman Franz博士成为研究超高压水刀切割工具的第一人，他将很重的重物放到水柱上，迫使水流通过很小的喷嘴，获得了短暂的高压射流。,3,4,水切割视频,5,水切割的工作原理,低压水通过高压水泵的作用，变为高压水，通过高压管，然后从切割喷头射出来，因为需要高压射出，所以水刀的口径很小，水刀喷嘴一般是用高级硬质合金、宝石、金刚石等制成。水流喷出的速度是声速的几倍，这种高压水流具有极强的切割能力。,6,水切割的优缺点,优点： 切割能力强 水刀可以切割绝大多数材料，例如：金属、玻璃、大理石、复合材料。 切割的质量好 材料被切后，切口平滑 ，不会产生粗糙的，有毛刺的边缘。,7,冷加工 因为它是采用水和

3、磨料切割，在加工过程中不会产生热（或产生极少热量），减少了材料的热变形，与传统切割相比具有更好的切割效果。 绿色环保 采用水作为工具，不会产生污染物，可直接排出，绿色环保。 无需更换刀具 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。,8,切割迅速，准确度好 水刀切割能力强，所以在移动时可以很迅速。除此以外，水刀的切口细，可以加工很精密的零件，准确性好。 缺点： 使用成本高 需要大量的水和砂。 维护成本高 原件寿命较短，水切割机的维护成本较高。,9,水切割与其他切割技术的比较,10,水切割的应用范围,金属切割、高硬度及不可熔的材料切割，如石材、玻璃、陶瓷、硬质合

4、金、金刚石。 水切割还被广泛应用于医疗器械的加工，水切割能满足医疗器械微型化、精密化的要求。 小型水切割工具是高危作业领域最理想的切割工具，在排爆、化工行业、救援行业有着无可替代的作用。,11,水切割的发展及未来发展趋势,水切割的发展,12,水切割的固有缺陷,由于能量梯度的作用，激光、气体等离子、射流等切割手段在切面越深时（距喷嘴越远），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，被称之为切割斜度，这是所有切割手段的一个固有缺陷。虽然通过提高切割能量或降低切割速度可以部分减小切割斜度，但依然存在不能完全垂直切割的问题。,13,固有缺陷的解决方法,1997年，可倾斜切割头的设想被提了出

5、来。这是解决切割斜度，提高精度最直接有效的方法。其原理是通过在原有三轴平台的基础上再增加2 个旋转轴，刀头可向任何方向摆动，并利用预先在系统中设置的斜度模型，通过对切割轨迹的实时计算，再根据被切工件的材料与厚度进行修正，在切割的过程中不断地摆动切割头，使得切割出来的工件达到完美的无斜度状态。这种技术被称作动态水刀切割技术。 动态水刀能以更快的速度切割出更高的品质的切割面。动态水刀过程的核心是复杂的数学公式，如射流的偏斜及水箭中射入及射出位置的相对关系等变数。切割路径由数学模式计算得出，切口斜边可被消除。即使在高速下也可以产生完美的转角和弧线,14,15,普通水刀切割的直角,动态水刀切割的直角,发展趋势,1.加强基础功能原件的技术开发，提高原件寿命。由于水切割是以高压加砂水流为工具，原件磨损严重，导致维护成本较高，所以提高基础原件寿命，降低维修成本是很有必要的。 2.不断提高水切割的精度