水刀的原理是什麼?

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高壓水槍雖然沒有水刀那麼厲害,壓力達到350MPa左右,相當危險。記得有次由於不注意,高壓水槍射在勞保鞋的前段鐵板上,估計要沒有前面的鐵板可能危險大了。

高壓水槍的水沒有參雜任何東西的,而水刀的高壓水中混入石榴沙、金剛沙等磨料輔助切割,極大提高水刀的切割能力,可以說是削鐵如泥!

水刀的水切割技術基本原理

讓混入磨料作為輔助切割的高壓水通過直徑很小的噴嘴,從噴嘴出口形成水柱。水柱流速可高達900m/s,足以以所帶的動能切割各種材料。遇到像金屬、石塊等硬質材料,高壓水中就要混入石榴沙、金剛沙等,切割硬質材料時輔助磨料就會產生摩擦效應,從而提高水刀的切割速度和切割厚度。


水刀切割技術的優點

  1. 因為水刀切割屬於冷態切割,所以對切口不會造成燒傷,不會產生熔化或硬化,也不會變形以及出現焊瘤甚至有毒氣體產生。
  2. 水刀切割不會對所切工件產生直接壓力,因此切割精度高,還可以切割各種複雜形狀的材料,切縫小且損耗少。加工工件不論大小還是成單成批的,都可以加工。

水刀切割比傳統切割優點多,但技術是關鍵,其次成本不低,因此對於中小企業來說用臺水刀切割機確實捨不得。


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俗話說水滴石穿,意在比喻只要堅持不懈就能成功。可是今天辣辣想說,不需要日積月累,水就能切割石頭。我們可以看到,切割機噴射出來的水柱正在對汽車圓盤進行切割,可謂順暢之極。這種水柱被稱為“水刀”。

實際上,水刀不僅能切割金屬,堅硬的石頭對於水刀來說也毫無壓力。那麼,水刀究竟是個什麼東西呢?

水刀分純水水刀和加砂水刀,是指通過增壓器噴出的高壓水柱來切割物體的一種工具。水刀是一種冷切割技術,它的優點是在切割過程中,被切割物沒有化學變化,所以不會變形。它具備良好的切割性能,運轉的速度和精度都很高。

不管這麼樣,水刀切割出來的整齊線條讓強迫症看上去真的很舒服。你覺得呢?

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水刀,即以水為刀,本名高壓水射流切割技術,可以對任何材料進行任意曲線的一次性切割加工,切割時產生的熱量會立即被水射流帶走,並且不產生有害物質,切割後不需要或易於二次加工,安全、環保,速度較快、效率較高。

這項技術最早起源於美國,以其冷切割不會改變材料的物理化學性質而備受青睞。後經技術不斷改進,在高壓水中混入石榴砂、金剛砂等磨料輔助切割,極大的提高了水刀的切割速度和切割厚度。目前,水刀已經廣泛應用於陶瓷、石材、玻璃、金屬、複合材料等眾多行業。2011年,水射流專家紀新剛將水刀做成了小型化、安全化,更推廣了水刀的廣泛運用,如:石油管道、採油樹搶修、罐體切割、設備維修等。

超高壓水刀的基本工作原理既簡單又極為複雜。

水刀加工設備的組成包括:超高壓泵、水刀切割頭裝置、水刀x-y可移動平面切割臺、CNC控制器及CAD/CAM軟件包等。

由普通水經過一個超高壓泵,將水加壓至400MPa。為獲得穩定的高壓水射流,需將產生的高壓水進入一個蓄能器以穩定壓力。然後通過一個極細小的噴嘴(即水刀切割頭裝置,其直徑為0.1-0.4mm左右),產生一道速度每秒近千米(約音速的3倍)的水箭,這道水箭就像一把切削加工的利劍,對所需要加工的工件進行切削加工。

後兩者精確控制切割位置、弧度、角度,保證了水刀切割精度。

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水刀原理:將水經過增壓器,將水增壓至25,000 psi或是以上,然後通過一個小直徑的噴嘴噴出,可產生超過音速或是數倍音速以上的高速水箭,這種水箭可以拿來切割各種非金屬物質(包括石頭)。


如果要切割金屬及硬的物質時,則要在水箭中加入高硬度的細礦粒。以增強其切割能力,此種高速加細礦粒的水刀,幾乎可切割任何物質。想像一下被超過音速很硬又很細的東西連續擊中,軟一點的物質會被直接擊穿,硬一點的物質只是多撐一下還是會被擊穿,這就是水刀的切割原理。

水刀一詞在國內經常被混淆,不管幾千(清洗用)到數萬(切割用)PSI(磅/平方英吋)都可能被稱為水刀。

1995年美國國家防蝕協會(NACE)及鋼構\塗層協會(SSPC)對工業用壓力水作了明確定義,根據不同壓力訂定了四個等級以及表面處理後的標準(NACE No.5/ SSPC-SP-12),概分述如下:

■壓力等級定義:

(1)低壓水沖洗(Low-pressure Water Cleaning,LP WC):壓力低於5000PSI者。

(2)高壓水沖洗(High-pressure Water Cleaning,HP WC):壓力介於5000至10000 PSI者。

(3)高壓水箭(High-pressure Water Jetting,HP WJ):壓力介於10000至25000 PSI者。

(4)超高壓水箭(Ultrahigh-pressure Water Jetting,UHP WJ):壓力大於25000 PSI者。


小軒


我有個客戶就是做水刀的,南京這邊,特別牛的一家企業。

原理大體是這樣的,高壓細水流,然後水裡面有金剛砂,然後對準了噴。

通過控制壓力和水流,能實現非常非常精準的切割,真的超級厲害。

最關鍵是是他是冷切割,切完就能用,因為熱切割材料會變形,切完要再打磨打磨,冷切割就是切完就好了,超級厲害。

比如一塊鋼板,用激光切割肯定會有變形,水刀割完了和送進去一樣,除了變成兩半。。。


少數派視角


水切割(水刀)的力量是如何產生的:

水流從加壓泵加壓,然後通過高壓管從切割噴頭射出來。非常簡單的解釋。然而,這一過程經過了十分複雜的設計,目的是產生60000PSI的壓力。古有成語滴水穿石,不要小看水分子的力量。分子達到一定速度都都可以對物體進行切割,例如高速旋轉的紙片,高速高壓的氣流等 。


水刀的發展(改進型):

把石榴沙混入這種高速度的水射流中,通過在混合管中混合,然後以305m/s的速度直接從沙管中射出到被加工的材料,這種切割過程其實是一種磨碾切割的過程,這種力量和動作都是由水產生的。

磨料切割機的壓力可達到55,000PSI,這種高壓水通過一個細小的噴嘴以762m/s 的速度射出,這種速度是音速的2.5倍。

▲紙片做的鋸子,可以切割木材


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水刀,即以水為刀,本名高壓水射流切割技術,這項技術最早起源於美國。用於航空航天軍事工業。以其冷切割不會改變材料的物理化學性質而備受青睞。後經技術不斷改進,在高壓水中混入石榴砂,極大的提高了水刀的切割速度和切割厚度。現在水刀已經廣泛應用於陶瓷、石材、玻璃、金屬、複合材料等眾多行業。目前在中國,水刀的最大壓力已經做到了420MPa。一些技術先進的公司已經完善了3軸、4軸水刀,5軸水刀也趨向成熟。

水刀基本原理是既簡單又複雜,水射流是從加壓泵開始,通過高壓管,然後從切割噴頭射出來。非常簡單的解釋。然而,它是經過了十分複雜的設計,才能產生60000PSI的壓力。在設計過程中,有處小小的滲漏都會對部件持久地侵蝕導致損壞。所以生產商和工程師們會小心地處理高壓材料的加工工藝,利用特殊的科技組合這種機器。使用者只需要知道基本的操作知識。   


切割機在1982年應用在工業上,最早的在1970年就已出現,在工業上主要是應用在汽車,航空,玻璃行業,從這些切割中不斷的提高精確度。磨料切割機的壓力可達到55,000PSI,這種高壓水通過一個細小的噴嘴以762m/s 的速度射出,這種速度是音速的2.5倍。把石榴沙混入這種高速度的水射流中,通過在混合管中混合,然後以305m/s的速度直接從沙管中射出到被加工的材料,這種切割過程其實是一種磨碾切割的過程,這種力量和動作都是由水產生的。

水刀有如下優點:

(1)環保無汙染、不產生有毒氣體及粉塵。

(2)可加工各種高硬度的材料,如:玻璃、陶瓷、不鏽鋼等,或比較柔軟的材料, 如:皮革、橡膠、紙尿布等。

(3)是一些複合材料,易碎瓷材料複雜加工的唯一手段。

(4)切口光滑、無熔渣,無需二次加工。

(5)可一次完成鑽孔、切割、成型工作。

(6)生產成本低。

(7)自動化程度高。


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水刀,又名水切割,學名高壓水射流切割技術,早期的水切割由於水的壓力很小,也沒有加入磨料,僅能用來切割紙張等比較軟的,強度低的材料,應用範圍非常的窄。

後來隨著技術的發展,有了高壓水泵可以用來切割更多的材料了,早期的水切割完全依靠水的壓力來切割材料的,但只能切割材料強度比水壓低的材料,應用還是受到很大的限制。

水切割是個好技術,應用範圍太窄了,可惜了了!科學家就是聰明,要想有創新就得不斷折騰啊!要不給水裡加點料試試看,磨料(石榴石或者金剛砂)水切割就誕生了。一試還真是很厲害,很多金屬都能切割了。結果水切割系統就是下面這個樣子了。



水泵將水加壓,但是這個壓力還是不夠啊,怎麼辦,只好在增加一個增壓泵將水再次加壓,達到想要的壓力,注意了,磨料是不能在水源或高壓水管路中添加的,因為很快就會把管路磨穿,那怎麼加,只能加在噴嘴位置,讓水和磨料混合,也不能裡出口太近了,因為要給他一段路程加速,只有磨料有了一定的流速才更有殺傷力呢,那麼磨料和水的混合流體就不會磨損噴嘴嗎,會,肯定會的,這就像七傷拳了,先傷己再傷人,那有辦法避免嗎,沒有,只能提升自身的硬度,所以水切割噴嘴都是用很硬的強度很高的材料製成的,比如碳化鎢陶瓷複合材料。



高六速的磨料通過被切割材料就像砂紙打磨材料一樣,沒通過一次就會磨掉少許金屬,那持續高速磨料水混合物和金屬不停的摩擦,和電動砂輪切割效果就差不多了。



那麼水切割和傳統的切割方法相比較有什麼優勢呢?

\t可切割範圍廣

可以切割絕大部分材料,如:金屬,大理石,玻璃 等等。

切割質量好

平滑的切口,不會產生粗糙的,有毛刺的邊緣。

\t無熱加工

因為它是採用水和磨料切割,在加工過程中不會產生熱(或產生極少熱量),這種效果對被熱影響的材料是非常理想的。如:鈦。

\t環保性

這種機器採用水和沙切割,這種沙在加工過程中不會產生毒氣,可直接排出,較環保。

\t無需更換刀具

你不需要更換切割機裝置,一個噴嘴就可以加工不同類型的材料和形狀,節約成本和時間。

這麼多優點,現在當然用的比較廣了,3軸/4軸/5軸的水切割機都比較常見了,水切割可以切出整體的葉輪來,這就很厲害了!


機械液壓論壇


水刀全稱叫高壓超高壓水射流,通過增壓器將水壓提升到20MPA以上並使水流通過口徑約0.01um的噴嘴形成水刀。由於高壓以及極小口徑對高壓水射流系統部件都提出很高的要求,尤其是洩漏和使用壽命。全世界水射流最有名公司福祿公司目前能將水壓提升到200M以上,由於高壓水射流的易於實現自動化、加工無粉塵,無需冷卻液,工具基本無損耗等優勢獲得廣泛應用,尤其切割和清洗。得益於數控機床高速發展水射流切割可實現任意形狀切割。馬路交通標示的清洗以及工程機械清洗等。


黃石公園2017


水切割,又稱水刀,即高壓水射流切割技術,是一種利用高壓水流切割的機器。在電腦的控制下能任意雕琢工件,而且受材料質地影響小。因為其成本低,易操作,良品率又高,水切割正成為工業切割技術方面的主流切割方式。工作原理:由於能量梯度的作用,激光、氣體等離子、射流等切割手段在切面越深時(距噴嘴越遠),切割能力越差,所以所形成的切割面往往不垂直於工件表面,被稱之為切割斜度,這是所有切割手段的一個固有缺陷。雖然通過提高切割能量或降低切割速度可以部分減小切割斜度,但依然存在不能完全垂直切割的問題。於是,可傾斜切割頭的設想於1997 年被提了出來,國際上已有商用產品,這是解決切割斜度,提高精度最直接有效的方法。其原理是通過在原有三軸平臺的基礎上再增加2 個旋轉軸,刀頭可向任何方向擺動,並利用預先在系統中設置的斜度模型,通過對切割軌跡的實時計算,再根據被切工件的材料與厚度進行修正,在切割的過程中不斷地擺動切割頭,使得切割出來的工件達到完美的無斜度狀態。


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