由于用途廣泛(extensive)且易于操作，水射流切割已成為世界上發(fā)展最快的主要機(jī)床加工技術(shù)之一，其加工的能力是無限的，通過使用超高壓水進(jìn)行切割能帶來更高的效率和生產(chǎn)(Produce)力。它只需要少數(shù)的輔助操作，無需加熱區(qū)域、無熱變形或者其它切削方法導(dǎo)致的機(jī)械變形，能夠加工狹窄的缺口，能夠讓原材料得到更好的使用。它可以切割任何材料，并保持切口光滑平整。目前我公司已大量使用水切割來進(jìn)行城軌車輛制造鋁合金板材的下料，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
1水切割原理
水射流切割技術(shù)又稱超高壓水切割。當(dāng)水被加壓至很高的壓力并且從特制的噴嘴通過時(shí)，可產(chǎn)生一道每秒達(dá)近千米（約音速的三倍）的水箭，此高速水箭可切割各種軟質(zhì)材料包括食品、 紙張、橡膠(Rubber)及泡棉，此種切割被稱為純水切割。 而當(dāng)少量的砂如石榴砂被加入水射流中與其混合時(shí)， 所產(chǎn)生的加砂水射流 可切割任何硬質(zhì)材料，包括金屬、 復(fù)合材料、石材和玻璃。
超高壓水的形成關(guān)鍵在于高壓泵。絕大多數(shù)水切割高壓泵使用增壓器(Thesupercharger)增壓。增壓器的工作過程一般是從油泵來的低壓油推動(dòng)增壓器的大活塞，使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大活塞的活動(dòng)方向則由換向閥自動(dòng)控制。另一方面，供水系統(tǒng)先對(duì)水進(jìn)行凈化處理，然后由水泵打出低壓水，進(jìn)入增壓器的低壓水被小活塞增壓后壓力升高。由于高壓水是經(jīng)增壓器的不斷往復(fù)壓縮后產(chǎn)生，而增壓器的活塞需要換向，勢(shì)必使從噴嘴發(fā)出的水射流壓力是脈動(dòng)的。為獲得穩(wěn)定的高壓水射流，需將產(chǎn)生的高壓水進(jìn)入儲(chǔ)壓器然后再流到噴嘴，從而達(dá)到穩(wěn)定壓力的目的。
經(jīng)過高壓泵所產(chǎn)生的高壓水經(jīng)由高壓管路流入切割刀頭而直達(dá)被加工材料，因此另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是節(jié)流噴嘴。噴嘴一般采用紅寶石、藍(lán)寶石或金剛石，直徑通常是0。1mm至0。5mm，水流通過噴嘴后以1000m/s的速度噴出。圖1為水射流工作原理圖。
2水切割機(jī)設(shè)備
水切割加工設(shè)備的組成包括：增壓泵（超高壓泵）、水切割切割頭裝置、數(shù)控切割機(jī)臺(tái)、高壓管道、智能型控制器、磨料供給系統(tǒng)、軟化水處理裝置等。
2。1增壓泵
普通增壓泵中有兩種流體管路，水管和液壓管。
水管管路包括入口水過濾器、升壓泵、增壓器和儲(chǔ)壓器。用入口水過濾系統(tǒng)過濾普通自來水-通常包括一個(gè) 1 微米濾筒和一個(gè) 0。45 微米濾筒。然后把過濾后的水輸送給升壓泵，入口水壓在此大約是 90psi-保證增壓器一定不能缺水。之后把過濾后的水輸送給增壓泵，壓力升高至 60000 psi。在水離開泵并通過管道輸送給切割刀頭之前，會(huì)首先流經(jīng)儲(chǔ)壓器。這個(gè)大容器緩沖了壓力波動(dòng)，確保輸送給切割刀頭的水穩(wěn)定、連貫。如果沒有儲(chǔ)壓器，將能夠看到并聽到水流脈動(dòng)，在被切割材料上留下印記。
液壓（hydraulic)管路包括電機(jī)（25 到 200HP）、液壓泵、油箱、歧管以及活塞(piston)/柱塞。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵。液壓幫浦從油箱吸油，并把壓力升高至 3000 psi。高壓油被輸送給歧管，由歧管閥門產(chǎn)生增壓器(Thesupercharger)的沖程動(dòng)作（通過把液壓油輸送給柱塞/活塞組件的一側(cè)或另一側(cè)）。增壓泵是一種往復(fù)式幫浦，即柱塞/活塞組件來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)蛪核錆M一側(cè)時(shí)，在增壓泵的另外一側(cè)輸出高壓水。液壓油在返回油箱的過程中得到冷卻。增壓泵體現(xiàn)了先進(jìn)的幫浦技術(shù)。正如水管路的說明所描述的那樣，增壓泵把過濾后的自來水加壓到 60000 psi。利用的是 ;增壓原理 ;。
液壓油被加壓至 3000 psi（舉例）。由液壓油推動(dòng)活塞。柱塞的表面面積比推水一側(cè)的活塞面積小 20 倍。因此，3000 psi 的油壓就被增壓 20 倍，產(chǎn)生 60000 psi水壓。 ;增壓原理 ;改變壓力方程中的面積變量，從而增強(qiáng)或增加壓力。
2。2高壓管道
高壓泵產(chǎn)生高壓水后，高壓管道把水傳送給切割刀頭。除了傳輸高壓水外，管道也幫助切割刀頭實(shí)現(xiàn)自由運(yùn)動(dòng)。高壓管道最常見的是使用特種不銹鋼(不銹耐酸鋼)管。
2。3水切割切割頭裝置
每臺(tái)加砂水切割都包括純水水切割。水下混凝土切割拆除是指采用液壓墻鋸機(jī)、電動(dòng)碟鋸機(jī)、水鉆或者馬路切割機(jī)等工具對(duì)混凝土構(gòu)件、墻體、路面等進(jìn)行切割的施工技術(shù)。它具有切割能力強(qiáng)，靜力無損，效率高，采用水冷卻，無施工粉塵等特點(diǎn)。生成純水射流后加入砂料。然后砂料顆粒沿混砂管被加速，就像步槍子彈那樣。加砂水射流切割所用的砂料是經(jīng)專門篩選、大小一致的硬砂。最常用的砂料是石榴石。石榴石質(zhì)硬、強(qiáng)度高并且便宜。
混砂管就像步槍槍管那樣加速砂料顆粒。鋼筋切割混凝土切割是采用水冷卻金剛石軌道或繩鋸切割機(jī)對(duì)混凝土進(jìn)行開洞、拆除，施工速度快，噪音小，無震動(dòng)，質(zhì)量好，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)沒有影響，是取代電錘、風(fēng)鎬、人工釬打等震動(dòng)較大機(jī)具施工的最先進(jìn)工藝?；焐肮苡性S多不同的尺寸和使用壽命?；焐肮艽蠹s長 3 英寸， 直徑 1/4 英寸；內(nèi)徑范圍從 0。020 到 0。060 英寸，最常用的是 0。040 英寸。
混砂管與目標(biāo)材料的間距通常為 0。010 到 0。200 英寸。間距較大時(shí)（大于 0。080 英寸）會(huì)導(dǎo)致零件切割邊緣出現(xiàn)霧化。很多水切割系統(tǒng)利用水下切割或其它技術(shù)來降低或消除這種霧化。
水切割切割頭裝置包含一個(gè)直徑微小的寶石噴嘴，這種噴嘴鑲(xiāng)嵌在金屬材料中，噴嘴安裝在可以進(jìn)行上下微量調(diào)整的架子上，以使高壓水箭能精確通過所要加工的方位，而不損壞工件其它任何地方。這也是保證水切割切割精度的一個(gè)重要因素。
2。4數(shù)控XY切割機(jī)臺(tái)
XY工作臺(tái)有時(shí)稱作 ;扁材設(shè)備 ；是最常見的一種水切割運(yùn)動(dòng)設(shè)備。任何可能的扁平圖樣設(shè)計(jì)都可在工作臺(tái)上切割。加砂水切割和純水水切割工作臺(tái)的尺寸范圍在2 x 4英尺至30 x 100英尺之間。XY工作臺(tái)的基本部件為：
― 由CNC或PC控制
― 伺服馬達(dá)，通常采用死循環(huán)回饋以確保位置和速度的一致性
― 基本裝置，帶有線性滑軌、軸承座和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)
― 橋式裝置，也帶有滑軌、軸承(bearing)座和滾珠絲杠
― 收集槽，帶有材料支架
XY工作臺(tái)有許多不同的類型，但有兩種截然不同的類型居于統(tǒng)治地位，即龍門式切割機(jī)和懸臂式切割機(jī)。龍門式切割機(jī)有兩條基軌和一座橋架。懸臂式切割機(jī)有一條基軌和一個(gè)鋼性橋架。在下圖中，綠色的橋架向一個(gè)方向移動(dòng)，而紅色箭頭（表示切割刀頭）向另一個(gè)方向移動(dòng)。所有設(shè)備的切割刀頭高度都可調(diào)節(jié)（切割刀頭高度由Z軸控制）?？赏ㄟ^手動(dòng)曲柄、電動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)或完全可編程伺服螺旋機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)Z軸。 　　我公司使用的福祿水切割機(jī)為懸臂式切割機(jī)，
　　X、
　　Y、Z三軸控制兩軸聯(lián)動(dòng)。采用Y軸單邊驅(qū)動(dòng)，Z軸整合在X軸的雙滑軌上。工作臺(tái)切割范圍為4000mm times;2000 mm，Z軸伺服高度動(dòng)作范圍為200mm。采用分離式承載水箱、雙層防塵護(hù)套、電子式切割性能監(jiān)控裝置。機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉合回路自動(dòng)控制。機(jī)床最大快移速度為9m/min，最大切割速度為7。62 m/min。X/Y軸定位精度： plusmn;0。08mm/M，X/Y軸重復(fù)（repeat)定位精度： plusmn;0。05mm/M。
2。5智能型控制（control)器
我公司福祿水切割機(jī)使用 Flow Master 智能型控制器。即PC based CAD/CAM/控制器，簡化了高壓水切割從繪圖到實(shí)現(xiàn)切割的整個(gè)處理過程，由FlowPATH和FlowCUT組成。
FlowPATH ― 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及處理加工程序來產(chǎn)生切割路徑，輸出ORD文件及儲(chǔ)存DXF檔。
FlowCUT ― 利用FlowPATH的切割路徑ORD文件產(chǎn)生加工程序，并傳送至機(jī)器驅(qū)動(dòng)水切割來進(jìn)行切割。
3 水切割技術(shù)的應(yīng)用
我公司使用美國福祿水切割機(jī)來進(jìn)行城軌車輛部件鋁合金板材的下料。目前公司用于鋁合金板材下料主要有三種方法：激光切割、水切割和等離子切割。激光切割主要用于薄板，一般板厚在4mm以下。等離子切割一般用于切割厚板，一般板厚在20mm以上。而4mm―20mm的鋁板下料主要用水切割進(jìn)行切割。公司目前有福祿水切割機(jī)三臺(tái)，型號(hào)為MACH3-4020b SWJ 50i-s，都為懸臂式切割機(jī)，見圖4。
3。1 水切割的優(yōu)點(diǎn)
和其他兩種切割方式比較，激光切割主要用于薄板，等離子切割則切割表面粗糙（圖5和圖6為水切割和等離子切割配件切割表面比較）。使用水切割的優(yōu)點(diǎn)主要有：
（1）切割時(shí)不產(chǎn)生熱量，板材無熱影響區(qū)，變形??；
（2）切割面光滑，下料后可不需進(jìn)行機(jī)加工；
（3）可切割非常復(fù)雜的幾何形狀；
（4）切割速度快；
（5）切割精度高；
（6）可切割金屬與非金屬任何材料；
（7）材料切割損失非常少，切割成本較低；
（8）可切割薄板(性質(zhì):寶石學(xué)術(shù)語)和厚板，可進(jìn)行堆積切割（即幾張板疊加在一起切割）；
（9）水射流切割不使用有毒氣體或液體，不會(huì)產(chǎn)生有毒的物質(zhì)或蒸汽。
3。2 水切割的主要操作參數(shù)
水切割的主要操作參數(shù)有：水壓、切割速率、砂料粒度、噴嘴和混砂管內(nèi)徑、混砂管基準(zhǔn)距、砂料流率等。
（1）水壓
一般調(diào)整水壓至40000―55000 PHOTOSHOPi。水壓較高產(chǎn)生較快的切割速率，且造成較低的每 #65533;加工成本。
（2）砂料粒度
水切割的砂料粒度通常為120、80和50。不同的粒度對(duì)部件精度的影響大不相同。粒度對(duì)表面光潔度和整體切割速度具有重大影響。砂料越細(xì)（是指粒度大），切割速率越慢，表面越光滑。鋁合金切割最常用粒度為80目的石榴砂。
（3）切割速率
切割速率越慢，表面越光滑。當(dāng)切割速率增加時(shí)，表面質(zhì)量降低（reduce)。然而，具有一平衡點(diǎn)，使得進(jìn)一步降低切割速率并不會(huì)改善表面質(zhì)量。
（4）混砂管基準(zhǔn)距
混砂管基準(zhǔn)距是指工件表面和混砂管尖端之間的距離。應(yīng)保持基準(zhǔn)距小于或等于混砂管的內(nèi)徑，一般應(yīng)維持在0。01―0。10in?；鶞?zhǔn)距過大，噴砂流會(huì)在切割之前散開，造成較寬、較大角度（angle)的切縫，且增加操作成本。基準(zhǔn)距過小，混砂管會(huì)損害切割表面或破壞切割頭組件。砂料和水也可能逆流至切割頭和進(jìn)給管內(nèi)，尤其是在穿孔時(shí)。
（5）噴嘴/混砂管內(nèi)徑
常用的噴嘴/混砂管組合為。橋梁切割由橫切架、傳動(dòng)及跨越裝置、導(dǎo)輪、擺動(dòng)裝置、切割鋼絲等組成。傳動(dòng)及跨越裝置帶動(dòng)橫切架對(duì)坯體進(jìn)行垂直切割，切割鋼絲同時(shí)作雙向擺動(dòng)。010/。0
　　30、。013
/。0
　　30、。016/。040。一般對(duì)于比0。25in更薄的材料，使用。010/。030組合，以降低切割速率并減小切縫。對(duì)于較厚的材料（0。25in以上），一般使用泵浦所能支持的最大切割頭操作，選用。016/。040組合，能以較低的每 #65533;成本進(jìn)行較快的切割。
（6）砂料流率
對(duì)于特定壓力，每一噴嘴/混砂管組合具有一最佳砂料流率。使用較最佳值大或小的砂料流率會(huì)增加每 #65533;成本并或許將會(huì)產(chǎn)生較慢的切割速度。
3。3 水切割常見質(zhì)量問題：
（1） 斜度
高速切割時(shí)切割面會(huì)形成 ;V ;形斜度。切割速率增加時(shí)，斜度也會(huì)增加。可通過減緩切割路徑或增加切割能力來降低或消除斜度。此外使用動(dòng)態(tài)水切割系統(tǒng)時(shí)幾乎不會(huì)產(chǎn)生斜度。
（2）操縱器痕跡
由不一致的操縱器動(dòng)作引起的表面缺陷。如果操縱器振動(dòng)或變化速率，在過渡區(qū)上切割表面會(huì)看到痕跡。
（3）條紋
主要發(fā)現(xiàn)于切面下區(qū)的水痕，在切過厚材料時(shí)，噴射流散失切割動(dòng)力所產(chǎn)生的。諸如不良操縱器移動(dòng)或砂料結(jié)塊等不一致現(xiàn)象會(huì)大幅增大條紋。
（4）弧形向外掠出
當(dāng)高速切割厚材料時(shí)，水流射出點(diǎn)將較水流射入點(diǎn)落后。轉(zhuǎn)角或小半徑時(shí)會(huì)引起水流較下部位向外偏離，造成較不正確的切割。為避免此現(xiàn)象，操作者必須在所有的小半徑處減慢噴嘴移動(dòng)率。
（5）射出口毛邊
切割薄材料時(shí)，會(huì)出現(xiàn)射出口毛邊?？衫幂^小的噴嘴/混砂管組合并使用較小的砂料，以較高的壓力噴出限制射出口毛邊。
3。4砂料、水質(zhì)要求及成本
砂料必須使用經(jīng)認(rèn)可的砂料。因?yàn)樯傲系姆N類和品質(zhì)（Character)非常重要。未經(jīng)認(rèn)可的砂料含有諸如氧化矽、砷、汞、或氯化物會(huì)潛在危害健康。未經(jīng)認(rèn)可的砂料會(huì)大幅減少切割性能，增加操作成本。只有使用經(jīng)認(rèn)可的砂料，才能使切割頭內(nèi)耐磨耗組件獲得最大使用壽命。
切割水的水質(zhì)是影響機(jī)床部件使用壽命和性能的重要因素之一。切割水中所溶解固態(tài)物質(zhì)（特別是鈣（Ca)、二氧化硅和氯化物）的最高濃度會(huì)影響高壓部件的使用壽命。因此水切割機(jī)有一套軟化水處理裝置，以處理水質(zhì)，達(dá)到切割軟水要求。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)分析確定水處理要求。
加砂水射流切割中的耗材是水、砂料、噴嘴以及混砂管。砂料和混砂管是加砂水切割所獨(dú)有的材料。其它耗材也可用于純水水切割。砂料的成本占設(shè)備運(yùn)作成本的三分之二。工件越厚越硬，所需耗砂量越大。另外耗砂量也取決于所選擇的砂嘴墊圈、噴嘴和混砂管的尺寸。通常砂耗量為：150―700g/分鐘。磨料傳輸采用壓縮空氣控制送砂，真空負(fù)壓方式混砂，能精確控制切割用砂的流量。在切割頭上裝有中間儲(chǔ)砂器及計(jì)量裝置，能無級(jí)調(diào)節(jié)切割用砂流量。
但想要通過降低砂料流速降低運(yùn)行成本，是錯(cuò)誤的。生產(chǎn)力是每英寸成本，不是每小時(shí)成本。每小時(shí)花多長時(shí)間運(yùn)行加砂水切割并不重要。重要的是在給定的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出多少工件。必須快速生產(chǎn)工件以消耗間接費(fèi)用（勞動(dòng)力、設(shè)施、租賃費(fèi)用等）。使用水切割機(jī)最大的功率和最高砂料流速盡快進(jìn)行切割。
4 結(jié)論
（1）水切割由于其設(shè)備簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。水切割技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)更為廣泛，除了切割各種材料，還用于工業(yè)清洗、沖孔、粉碎材料等。最近，福祿還采用超高壓水切割成功實(shí)現(xiàn)殺菌，而不產(chǎn)生熱效應(yīng)。
（2）對(duì)易熱變形材料的加工，水切割更具獨(dú)特（釋義:特有的、特別的)的優(yōu)越性。目前我公司水切割機(jī)主要用于鋁合金板材的下料。對(duì)于碳(C)鋼由于考慮到遇水易生銹等原因而采用數(shù)控火焰等切割方法。而對(duì)于不銹鋼薄板由于對(duì)下料的精度要求較高而采用激光、步?jīng)_等方法。