水刀运作原理详解.docx
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水刀运作原理详解
水刀切割机原理
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水刀是将超高压水射流发生器与二维数控加工平台组合而成的一种平面切割机床。
它将水流的压力提升到足够高（200MPa以上），使水流具有极大的动能（水流速度超过二倍音速），可以穿透化纤、木材、皮革、橡胶等，在高速水流中混合一定比例的磨料，则可以穿透几乎所有坚硬材料如陶瓷、石材、玻璃、金属、合金等。
在二维数控加工平台的引导下，在材料的任意位置开始加工或结束加工，按设定的轨迹以适当的速度移动，实现任意图形的平面切割加工。
“水刀”切割的特点：
●切割材料不受限制（金属：
不锈钢、金刚石、硬质合金等、玻璃、复合材料等），“水刀”切割是目前适用性最强的切割工艺方法；
●切割时不产生热量，切缝处不会引起弧痕，无热效应，不需要再次加工并且易于再加工；
●可进行任意曲线的切割加工和打孔，不需要模具，灵活方便；
●切缝仅1㎜，切面光洁、圆滑，无毛刺，粗糙度可达3.2µm~1.6µm；
●工件不需特殊装夹，操作简单方便；●切割范围宽,金属的厚度可达200㎜●可与加工中心结合一次性实现钻孔、切割、铍口等工序
●水刀在锯片业和应用：
切割锯片的厚度可达100㎜，切割直径：
Φ5200（可根据用户需求，量身定制。
）
*数控水刀什么特性和优点?
与传统的“热”切割工艺相比，超高压水射流切割机床以水流为切割介质，是一种“冷”切割工艺。
它具有如下功能与优点：
1.切割时无热变形，避免了材料的物理、化学变化；
2.广泛适应于各种材料的切割加工，有“万能切割机”之誉；
3.切口光滑平整无毛刺，一般无须再加工；
4.由数控系统操纵，切割精度高；
5.切割缝小于1.2mm，便于套料切割，节约材料；
6.加工过程不会产生污染环境的废物。
数控水刀对那些用其它方法难以切割的材料如芳纶（Kevler）、钛合金及各种复合材料是非常理想或唯一的加工手段。
*高压泵（高压发生器）的工作原理是什么?
电机驱动油泵，将液压油从油箱中抽出，经单向阀传送到油压管路中。
此时油路分成三路，一路接蓄能器和压力表，压力表显示油压，蓄能器可起平稳油压的作用，第二路接换向阀，另一路接溢流阀。
当未按下开水射流按钮时，从油泵送出来的液压油经溢流阀、水冷式冷却器和回油过滤器直接流回油箱，则少量的液压油通过换向阀进入增压器油腔，不足以推动油活塞产生换向或换向缓慢；而当按下开水射流按钮后，溢流阀闭合，液压油经换向阀进入增压器油腔，推动油活塞运动，同时油活塞另一边的液压油被推出油缸，经水冷式冷却器、回油过滤器流回油箱。
当油活塞被推至油缸末端，碰撞换向顶杆，顶杆触发换向阀产生换向信号，从而使液压油路从油缸的另一端进入，油活塞回程。
至油缸未端又触发换向顶杆，油活塞又回程。
如此，连续不断地触发换向器进行油路换向，从而形成增压器的往复运动。
水路部分工作原理
自来水经过滤器过滤之后，由水泵进行加压，进入增压器两端的高压缸内。
当油活塞往复运动时，一端高压缸通过进水单向阀进水，另一端高压缸的水被推出、经过出水单向阀进入高压管路。
如此动作，在两端的高压缸中交替进行，形成源源不断的高压水流。
由于存在增压器换向周期，输出的水流的压力形成周期性波动。
因此高压水流需经高压蓄能器进行稳压，通过高压管输送到喷射头。
在喷射头上安装有孔径为0.25~0.33mm的宝石喷嘴。
高压水流在宝石喷嘴的约束下形成具有极大动能的高速“水箭”，可以击穿纤维、皮革、橡胶等软质材料。
在“水箭”中混合一定比例的磨料，则形成磨料水射流，可以穿透任何坚硬材料。
增压器原理
当液压油作用在活塞上时，连接在活塞的高压柱塞杆将高压缸内的水推出。
根据能量守恒定律，假设无摩擦损耗，两者的作功相等。
此时，油压乘以活塞横截面积等于水压乘以柱塞杆横截面积，即水压与油压的比值等于油活塞横截面积与高压柱塞杆横截面积的比值。
油活塞横截面积与高压柱塞杆横截面积之比称为“增压比”，由于其比值固定，所以通过控制油压就可调节水压。
*考察超高压水射流设备质量应关注哪些技术指标?
目前用于超高压水切割和超高压清洗的超高压水射流发生器大多数采用的是增压器技术方案（见上文）。
虽然对技术原理和设备构成不难理解和掌握，但目前国内几乎所有生产增压器型高压发生器的单位都不具备从理论基础上进行超高压设备及部件的设计能力，只是在仿制别人的产品，或作些局部改良、变化。
由于各家对这项技术的理解程度不同，导致生产出的高压发生器产品在质量、性能上参差不齐。
作为用户，考察超高压水射流设备质量时，应去繁就简，重点把握以下方面的要领：
1.额定工作压力：
超高压系统的首要技术指标是其压力等级。
在设计上，系统应能承受的压力要比实际工作压力高得多。
考虑到各种因素的平衡性或受到其它因素的制约，实际工作压力就会设定得较低。
因此，表明一套超高压水射流设备的压力等级的指标必须是额定工作压力，而不应使用其它含糊其辞的压力指标概念。
而对于实际工作压力，用户也可以自己计算出来：
油压（从机械油压表读出）x90%x增压比（内涵见上文）。
目前市场上比较常见的水刀增压器的增压比分别有1:
19.94、1:
24、1:
19.66等。
2.有限使用寿命部件更换周期：
高压缸、蓄能器、高压柱塞杆、单向阀体堵头等部件因受交变应力影响或受运动磨损，其使用一段时间后会损坏且不可修复，必须更换。
3.易损件更换周期：
密封组、单向阀芯（或阀垫）等部件容易失效，使用寿命相对较短。
4.使用成本：
一定时间内使用该设备的费用。
其中，有限使用寿命部件和易损件的费用（更换周期最终决定其费用）能反映不同厂家产品性能差别。
简而言之，考察、比较超高压水射流设备的质量性能时，首先必须弄清其额定工作压力即实际工作压力；其次必须对将来可能要承担的使用与维护成本做到心中有数。
*影响数控水刀切割效率的因素有哪些?
影响数控水刀切割效率的因素是多方面的而且是相互影响的。
主要有：
水射流的压力高低及压力波动幅度、水喷嘴的完好程度、磨料质地规格选配是否合适及质量好坏、喷砂管完好程度，等等。
常用材料的切割效率，可参考下表：
材料
厚度（mm）
切割速度（mm/分钟）
切割压力（MPa）
钢板/不锈钢板
2
5
10
20
40
750～950
350～500
120～160
40～50
20～30
300
铝板
6
20
50
600～700
120～180
30～50
300
铜板
5
10
500～750
150～250
300
钛板
2
5
250～350
80～100
300
玻璃
6
20
53
1000～1400
150～250
35～50
300
大理石板
10
20
30
400～900
150～400
50～100
300
花岗岩板
10
20
30
200～600
100～250
25～60
300
瓷砖
10
900～1200
300
注：
切割速度愈低，切口质量愈好。
2．金刚石水锯切割：
采用金刚石水锯将需拆除部位与原结构分离的施工工艺。
优点：
切割施工速度快、切割面平整美观、减少人工剔凿工作量、便于下一步粘贴加固材料、机具操作简便。
缺点：
用水量大，由于锯片比较贵，切割成本比较高。
切割厚度受锯片直径大小限制。
适用性：
适用于切除混凝土梁、柱、板、墙等构件。
其次，开料水磨，谨防燥裂以水锯、湿磨为上，如须在砂轮上打磨，则应预备清水一盆，待石料磨擦发热时，及时用冷水降温。
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