水射流切割加工技术优化方案

高压水射流切割技术是以水作为携带能量的载体，用高速水射流对各类材料进行切割的一种工艺方法，是一种冷切割工艺，切割过程中，材料的物理、力学性能及材质的晶体组织结构不会遭到破坏，可免除后续机械加工工艺。尤其对如钛合金、碳纤维等特种材料，其切割效果是其他加工工艺方法无法比拟的。目前，已有3 000多套水射流切割设备在数十个国家的几十个行业中应用，可切割500余种不同的工程材料。如图2-128所示为用水射流切割加工的零件。

图2-128　水射流切割加工的零件

1.水射流切割加工基本原理

如图2-129所示为高压水射流切割机床，其主要组成部分如图2-130所示，主要包括增压系统、蓄能器、喷嘴、控制系统及辅助系统等。水射流切割加工时，往复压缩式增压器在液压系统提供的高压油作用下作往复运动，把水压增大到300～1 000 MPa，将动能转变为压力能，在增压器与高压水路之间装有蓄能器，磨料在高速射流形成的真空作用下吸入混合腔与水混合，再经过直径为0.1～0.6 mm的磨料喷嘴喷射形成磨料射流以2～3倍的声速喷出，使压力能转变为动能。在人工或计算机控制下，移动工件或切割头完成所要求的切割过程。水射流切割加工设备可使用一个以上的切割头同时切割复杂的外形，以提高切削效率。喷嘴通常用人造红宝石、陶瓷、碳化钨等耐磨材料制造，结构如图2-131所示。

图2-129　高压水射流切割机床

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图2-130　高压水射流切割设备组成

1—带有过滤器的水箱；2—水泵；3—蓄能器；4—控制器；5—阀；6—蓝宝石喷嘴；7—射流；8—工件；9—排水器；10—液压机构；11—增压器

该加工方法可分为两大类：一类是以水作为能量载体，也叫纯水射流切割，它的结构较简单，喷嘴磨损慢，但切割能力较低，适合于切割软质材料；另一类是以水与磨料（磨料约占90%）的混合液作为能量载体，也叫磨料射流切割，由于射流中加入磨料，大大提高切割功效，即在相同切割速度下，磨料射流切割的压力可以大大降低，并极大地拓宽了切割范围，但喷嘴磨损快，且结构复杂，适于切割硬质材料。磨料通常采用粒度为80～150目的二氧化硅、氧化铝、石榴石。

2.水射流切割加工的应用

水射流切割具有切口平整、无毛边、无火花、加工清洁等特点，已用于汽车、航空、家电、食品加工等行业，有着十分广阔的应用前景。

图2-131　磨料射流切割头结构图

1—水磨料射流；2—磨料喷嘴；3—磨料入口；4—水喷嘴；5—水射流；6—混合腔