磨料水射流切割

水射流切割磨料，俗稱“水刀砂”，分為天然磨料（如石榴石磨料）和人造磨料（如白剛玉磨料），目前國際通用材質(zhì)為石榴石天然磨料，目前國內(nèi)主產(chǎn)地在山東、江蘇等地區(qū)。

大顆粒磨料質(zhì)量大、不易被加速，小顆粒磨料質(zhì)量小，被加速后其動能達不到較強的切割能力。只有合適的粒度奶油最強的切割能力。實驗證明，人造白剛玉磨料的切割能力雖高于天然磨料，但對磨料混合管的磨損卻是天然磨料的數(shù)十倍，而且價格昂貴。因此，選用國產(chǎn)的粒度為80目的石榴石水切割磨料比較適宜。

磨料水射流切割注意事項

選擇磨料時一定要注意灰塵含量，如果灰塵、泥土過多，容易造成砂管堵頭、砂管損傷、增加成本等結果：

1、砂管堵頭?；覊m含量大的水切割砂容易出現(xiàn)受潮，造成磨料中灰塵、泥土固結成團的現(xiàn)象，導致砂管堵頭，水出不來，反而會在輸砂管出現(xiàn)膨脹甚至是漏水現(xiàn)象。需立即停機清理，防止砂管損傷。一噸磨料價值幾百元，而一根砂管從幾百到上千不等。

2、廢砂難清理。在溜槽中的廢沙經(jīng)過積累沉淀，需要定期清理。如果所選磨料含有的灰塵量過高，則廢沙很難清理，可能需要派專人用半天甚至是一天的時間專門來做清理工作。

3、無形增加采購成本。采購一噸磨料，如果里面含有五分之一的灰塵和過于細小的砂粒，相當于支付了二百斤灰塵和過細無效顆粒的成本，因為灰塵和過細的顆粒都是起不到切割和研磨的作用。

磨料水射流切割鑒別方法

將沙子和水以1:2的比例倒在一個礦泉水瓶里，用力搖晃，看水的渾濁度即可分辨磨料的清潔度。

利用磨料水射流切割工件，與傳統(tǒng)的機械切割及火焰切割方法相比具有無可比擬的優(yōu)越性，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

1）切割效率高。利用磨料水射流切割工件時，通過數(shù)控進給系統(tǒng)的自動控制功能，可以將被切割工件的任一點設置為起割點，因此切割工件時編程具有很大的靈活性，可以根據(jù)被切割工件的大小、復雜程度及材料的形狀尺寸等設置最短的切割路線，提高切割效率。

2）切縫質(zhì)量好。磨料水射流切割工件時，通過數(shù)控進給系統(tǒng)精確地驅動割槍運動、切割出的形狀尺寸誤差小，割縫僅1 mm左右，且切割斷面平整光潔，無毛刺、掛渣、崩角及塌邊等缺陷。

3）材料利用率高。利用磨料水射流切割工件時，通過計算機將切割圖形按材料最省原則排列，然后編程切割，切縫僅1mm左右，有利于節(jié)約貴重金屬，能最大限度地提高材料的利用率，降低生產(chǎn)成本。

4）通用性強。通過選用適宜的切割參數(shù)，如切割速度、磨料水射流量（或工作壓力）及摻砂量等可以切割不同材質(zhì)及不同厚度的工件，無需更換噴嘴，通用性特別強。

5）切割時工件不發(fā)熱。磨料水射流切割屬于濕態(tài)高能量切割，由于磨料水的冷卻作用，工件不會產(chǎn)生熱變形及熱影響區(qū)，特別適用于鋁、銅、鈦、鋯及其合金等熱敏感性材料的切割，尤其是采油平臺，煉油廠，大型油、氣儲罐區(qū)及油、氣輸送管道等禁火作業(yè)區(qū)的安全切割。

6）環(huán)保效果好。磨料水射流切割屬于濕態(tài)高能量冷切割，不會產(chǎn)生有毒氣體及灰塵等污染此外完成切割作業(yè)后的磨料水經(jīng)集水箱收集后，經(jīng)過濾及脫泡等凈化處理后可循環(huán)利用。同樣磨料經(jīng)涼干和過篩等處理后也可重復使用多次，不會污染環(huán)境。

綜上所述，磨料水射流切割機具有工作壓力低，結構簡單，設計制造方便，切割效率高，割縫質(zhì)量好，產(chǎn)品形狀尺寸誤差小，割縫窄（約1 mm左右） ，材料利用率高，斷面平整光潔，無毛刺、掛渣、崩角、塌邊及無熱變形等缺陷，并能對復雜工件實現(xiàn)智能化切割，是切割各種金屬、非金屬，尤其是切割鋁、銅、鈦、鋯等熱敏性材料的理想設備，同時也是切割玻璃、陶瓷、混凝土、大理石及花崗巖等難切割材料的較佳設備。

早在20世紀60年代初，從高速飛行的飛機受到雨滴的侵蝕這一現(xiàn)象中得到啟發(fā)美國、日本和前蘇聯(lián)等國家投入了大量的人力、物力研究開發(fā)水射流切割技術，經(jīng)約10年的潛心鉆研，美國于1971年設計制造了世界上第1臺超高壓純水射流切割機W JC）。將它應用到家俱制造行業(yè)中，取得了前所未有的經(jīng)濟效益。

鑒于純水射流的切割能力較差，僅適用于布匹、木材、塑料及橡膠等軟質(zhì)材料的切割，這就促使人們?nèi)パ芯块_發(fā)切割能力較大的磨料水射流切割，經(jīng)11年的不懈努力，美國又于1982年設計制造了磨料花崗巖等幾乎所有的材料。

隨后英國及意大利等國也相繼設計制造了磨料水射流切割機，我國也于1993年設計制造了磨料水射流切割機，投入實踐生產(chǎn)中，取得了令人矚目的成就。

流體力學的運動規(guī)律表明，從噴嘴以每秒幾百米的高速噴出的磨料水射流通常處于紊流狀態(tài)，而紊流的最大特點是橫向摻混，導致磨料水射流邊界上的微細液滴與周圍氣體（空氣）之間發(fā)生動量交換，從而把周圍氣體吸入到磨料水射流中去，并隨同磨料水射流一起運動，促使磨料水射流的氣體吸入量和橫截面積沿射程的增大而增大，而射流速度則沿射程的增大而減小，所以磨料水射流就形成了向周圍擴散的錐體流動場。由此可見，磨料水射流是由高速運動的含有氣體及磨粒的水滴所組成的混合物。

由流體力學的有關知識可得，快速運動的磨料水射流具有極大的動能，當它接觸到被切割的材料時，磨料水射流的動能瞬間就會為被切割材料吸收，具體表現(xiàn)為：第一是磨粒和水滴對被切割材料的沖擊作用；第二是磨粒和水滴沿被切割材料表面的剪切破斷作用（即切削作用）；第三是磨料水射流中的氣體對被切割材料的侵蝕作用。在以上3點的的共同作用下，被切割材料破碎形成割縫，達到切割分離的目的。

實踐生產(chǎn)經(jīng)驗表明，磨料水射流切割材料時，主要表現(xiàn)為磨料水射流對被切割材料表現(xiàn)的沖擊破碎作用，并且當磨料水射流對被切割材料表現(xiàn)的沖擊應力超過被切割材料表面的抗壓力度時，被切割材料破碎形成割縫。

因此，磨料水射流的切割原理就是利用幾十至幾百MPa的磨料水（高壓水中摻入磨料）通過特殊設計的孔徑極小的噴嘴，以每秒幾百米的高速噴出的磨料水射流的沖擊、剪切破斷（切削）及浸蝕作用來分割工件的。

水的作用不同

雖然在實際中都是利用高速運動的水流對于材料進行切割，但是在純水切割中，水是切割工具。而在磨料水切割中，高壓水用于給磨料顆粒加速，在實際中起到切割作用的是磨料水刀砂。

切割材質(zhì)不同

雖然利用高壓發(fā)生器，可以達到很高的切割效率，但是純水切割在切割比較硬的材質(zhì)時，其速度還是不理想，這也是最初磨料水射流技術發(fā)展的基礎。但是在有些領域，純水切割要比磨料水切割有優(yōu)勢，比如紙質(zhì)產(chǎn)品、壓實材料、塑料、泡沫塑料、紡織品或食品等方面。而由于磨料水刀砂石榴石鋒利的尖角和較大的硬度，在切割金屬、巖石、玻璃或陶瓷等材質(zhì)時，在速度和效果上要更好。可以說各有千秋，在不同的領域各有優(yōu)勢。

精度和深度不同

水切割如果沒有石榴砂，那么無論是切割的精度還是深度都會大打折扣。實驗室數(shù)據(jù)顯示，如果不放磨料只能切割3mm的鈦板，而且切出來是鋸齒狀的。加上石榴石水切割磨料后，可以輕松切割30mm的鈦板，精度也非常準確?？偠灾m然磨料水切割還是叫水切割，其實出力的是石榴砂。

該書對水射流技術的理論及其在機械工程中的應用做了較全面的論述。全書共分八章，第1章水射流技術概論，主要講述水射流技術原理、水射流技術發(fā)展歷程、國內(nèi)外研究動態(tài)以及水射流技術的應用；第2章講述純水射流技術理論基礎、系統(tǒng)組成、水射流結構特征與基本參數(shù)、水射流打擊力模型和水射流沖擊破壞理論；第3章講述水射流打擊力增強技術，包括減阻液水射流、空化水射流、脈沖水射流、磨料水射流等技術；第4章涉及磨料水射流切割技術，包括磨料水射流切割的一般特征、磨料水射流切割過程中的溫度分布、磨料水射流切割工藝參數(shù)、磨料水射流切割理論等；第5章涉及磨料水射流精密切割控制技術，包括磨料水射流精密切割表面質(zhì)量控制技術、磨料水射流精密切割幾何精度控制、磨料水射流精密切割的運動控制和磨料水射流精密切割的優(yōu)化處理技術等；第6章涉及磨料水射流精密特種加工技術，包括磨料水射流精密切割厚材料、磨料水射流精密鉆孔加工、四軸聯(lián)動精密切割加工異形零件、磨料水射流車削加工、磨料水射流銑削加工、磨料水射流超精密磨削加工和磨料水射流拋光技術等；第7章介紹了水射流技術在機械工程中的典型和創(chuàng)新應用；第8章介紹了水射流技術在軍工和國防領域的應用。

該書可以作為從事水射流技術研究、開發(fā)及其他相關工程技術人員的參考用書，也可以作為高等院校本科生、研究生開設相關課程的教學參考用書。

水沖機歷史

在20世紀50年代，林業(yè)工程師諾曼弗蘭茲試行的水切割機的早期形式削減木材。然而，這項技術沒有進步，直到20世紀70年代尤其是當穆罕默德印度大麻制作技術添加到磨料水射流切割機。水射流切割是在許多方面無與倫比，并改變了許多產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。股水柱存在的許多類型，包括純水柱，磨料水射流，沖擊水柱，空戰(zhàn)斗機和混合飛機。

水沖機工藝特征

有六個主要工藝特征，水射流切割：

（1）使用了在一個超高壓水（30,000 - 90,000 PSI）的流是由一水射流加力泵產(chǎn)生的懸浮磨粒高速流。

（2）用于加工的材料較大的數(shù)組，包括熱敏感，微妙的或非常堅硬材料。

（3）生產(chǎn)沒有工件表面或邊緣的熱損傷。

（4）噴嘴通常由燒結硼化物。

（5）產(chǎn)生小于1度錐度大多數(shù)削減，可以減少或消除，放慢削減進程完全。

（6）噴嘴距離工件影響了縫的大小和材料去除率。

水沖機操作

水沖機通常是連接到一個高壓水泵水的地方，然后從噴嘴噴出，通過削減噴涂材料與高速噴水它。懸浮在砂礫或其他磨料，如石榴子石，氧化鋁，形式添加劑，可以協(xié)助這一進程。

水沖機優(yōu)點

水沖機切割重要的好處是能夠削減不與材料的內(nèi)在結構的干擾物質(zhì)，因為沒有“熱影響區(qū)”或熱影響區(qū)。盡量減少熱效應使金屬不被損害或改變內(nèi)在屬性晉級。

水沖機也能夠生產(chǎn)復雜的材料，而不是削減。該縫，或寬度的削減，可以改變，改變在噴嘴部分，以及研磨類型和規(guī)模。典型的磨料作出削減在1.016至1.27毫米，但可窄至0.508毫米的范圍縫。非正常磨損削減0.178至0.33毫米，但可以小到0.076毫米，這大約是人類頭發(fā)的大小。這些小剪子能在廣泛的應用范圍非常小的細節(jié)可能。

高壓水被認為是“綠色”技術。水刀不產(chǎn)生有害廢物，減少廢物處置成本。他們可以切斷大量材料可重復使用的廢料可能已經(jīng)失去了使用傳統(tǒng)的切割方法件。部件可以最大限度地緊密嵌套材料的使用，節(jié)約和高壓水通過建立非常小切口材料。水刀使用非常少的水（1加侖約半每分鐘1加侖取決于切割頭孔的大?。?，以及所使用可以回收利用封閉循環(huán)水系統(tǒng)。廢水通常是干凈，可以過濾和處理撞倒一名耗盡。石榴石磨料是一種無毒的天然物質(zhì)，可重復使用回收。石榴石通?？梢詶壷糜诙烟顓^(qū)。水刀也消除空氣中的塵粒、煙、煙霧，以及切割，如石棉和玻璃纖維材料的污染。這極大地改善了工作環(huán)境，減少經(jīng)營風險問題引起的。