水刀即高压水射流切割技术,是一种利用高压水流和磨料混合物对材料表面进行冲击和研磨的切割方法。其工作原理主要包括以下几个方面
加压。水刀的动力来源于高压水泵,通过液压马达将水强制压缩,使其压力迅速提升,最高可达200MPa以上。
喷射。加压后的水通过喷嘴以极高的速度射出,形成高速“水箭”。
切割。高速“水箭”在切割过程中以极大的动能冲击材料表面,由于其速度非常高,可以轻松穿透各种材料,包括金属、石材、塑料等。
冷却。由于水本身是良好的冷却剂,切割过程中不会产生过多的热量,有助于避免材料过热或变形。
此外,水刀还可以通过在高速水流中添加磨料来增强其切割能力,从而切割更坚硬的材料。
与激光切割比较
激光切割设备的投资较大,大多用于薄钢板、部分非金属材料的切割,切割速度较快,精度较高,但激光切割时在切缝处会引起弧痕并引起热效应;另外对有些材料激光切割不理想,如铝、铜等有色金属、合金,尤其是对较厚金属板材的切割,切割表面不理想,甚至无法切割。人们对大功率激光发生器的研究,就是力图解决厚钢板的切割,但设备投资、维护保养和运行消耗等成本投入很大。水切割投资小,运行成本低,切割材料范围广,效率高,操作维修方便。
与等离子切割比较
等离子切割有明显的热效应,精度低,切割表面不容易再进行二次加工。水切割属于冷态切割,无热变形,切割面质量好,基本不用再进行二次加工,如需要也很容易进行二次加工。
水切割与线切割比较对金属的加工,线切割有更高的精度,但速度很慢,有时需要用其它方法另外穿孔、穿丝才能进行切割,而且切割尺寸受到很大局限,水切割可以对任何材料打孔、切割,切割速度快,加工尺寸可选余地大。
与其它切割方法比较
对一些金属零件可采取冲剪工艺方法,效率高、速度快,但需要特定的模具和刀具,水切割与该切割方法相比柔性好,可随时进行任意形状工件的切割加工,尤其在材料厚、硬度高等情况下,冲剪工艺将很难或无法实现,而用水切割方法则较为理想;火焰切割也是金属领域常用的切割工艺,切割的厚度范围非常大,但与水切割相比其热效应明显、切割表面质量和精度较差,另外水切割能很好地解决一些熔点高、合金、复合材料等特殊材料的切割加工。
在玻璃、石材、陶瓷等切割加工行业,传统的方法是用金刚石刀具进行切、锯、铣等,切割的厚度范围非常大、速度较快,但对常规厚度的板材,水切割可进行高精度的任意曲线的切割加工,成品率高,降低生产成本,且大大提高加工产品的附加值