水刀的原理是什么?

老衲喜爱用飘柔


高压水枪虽然没有水刀那么厉害,压力达到350MPa左右,相当危险。记得有次由于不注意,高压水枪射在劳保鞋的前段铁板上,估计要没有前面的铁板可能危险大了。

高压水枪的水没有参杂任何东西的,而水刀的高压水中混入石榴沙、金刚沙等磨料辅助切割,极大提高水刀的切割能力,可以说是削铁如泥!

水刀的水切割技术基本原理

让混入磨料作为辅助切割的高压水通过直径很小的喷嘴,从喷嘴出口形成水柱。水柱流速可高达900m/s,足以以所带的动能切割各种材料。遇到像金属、石块等硬质材料,高压水中就要混入石榴沙、金刚沙等,切割硬质材料时辅助磨料就会产生摩擦效应,从而提高水刀的切割速度和切割厚度。


水刀切割技术的优点

  1. 因为水刀切割属于冷态切割,所以对切口不会造成烧伤,不会产生熔化或硬化,也不会变形以及出现焊瘤甚至有毒气体产生。
  2. 水刀切割不会对所切工件产生直接压力,因此切割精度高,还可以切割各种复杂形状的材料,切缝小且损耗少。加工工件不论大小还是成单成批的,都可以加工。

水刀切割比传统切割优点多,但技术是关键,其次成本不低,因此对于中小企业来说用台水刀切割机确实舍不得。


工业自动化小白


俗话说水滴石穿,意在比喻只要坚持不懈就能成功。可是今天辣辣想说,不需要日积月累,水就能切割石头。我们可以看到,切割机喷射出来的水柱正在对汽车圆盘进行切割,可谓顺畅之极。这种水柱被称为“水刀”。

实际上,水刀不仅能切割金属,坚硬的石头对于水刀来说也毫无压力。那么,水刀究竟是个什么东西呢?

水刀分纯水水刀和加砂水刀,是指通过增压器喷出的高压水柱来切割物体的一种工具。水刀是一种冷切割技术,它的优点是在切割过程中,被切割物没有化学变化,所以不会变形。它具备良好的切割性能,运转的速度和精度都很高。

不管这么样,水刀切割出来的整齐线条让强迫症看上去真的很舒服。你觉得呢?

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水刀,即以水为刀,本名高压水射流切割技术,可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工,切割时产生的热量会立即被水射流带走,并且不产生有害物质,切割后不需要或易于二次加工,安全、环保,速度较快、效率较高。

这项技术最早起源于美国,以其冷切割不会改变材料的物理化学性质而备受青睐。后经技术不断改进,在高压水中混入石榴砂、金刚砂等磨料辅助切割,极大的提高了水刀的切割速度和切割厚度。目前,水刀已经广泛应用于陶瓷、石材、玻璃、金属、复合材料等众多行业。2011年,水射流专家纪新刚将水刀做成了小型化、安全化,更推广了水刀的广泛运用,如:石油管道、采油树抢修、罐体切割、设备维修等。

超高压水刀的基本工作原理既简单又极为复杂。

水刀加工设备的组成包括:超高压泵、水刀切割头装置、水刀x-y可移动平面切割台、CNC控制器及CAD/CAM软件包等。

由普通水经过一个超高压泵,将水加压至400MPa。为获得稳定的高压水射流,需将产生的高压水进入一个蓄能器以稳定压力。然后通过一个极细小的喷嘴(即水刀切割头装置,其直径为0.1-0.4mm左右),产生一道速度每秒近千米(约音速的3倍)的水箭,这道水箭就像一把切削加工的利剑,对所需要加工的工件进行切削加工。

后两者精确控制切割位置、弧度、角度,保证了水刀切割精度。

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水刀原理:将水经过增压器,将水增压至25,000 psi或是以上,然后通过一个小直径的喷嘴喷出,可产生超过音速或是数倍音速以上的高速水箭,这种水箭可以拿来切割各种非金属物质(包括石头)。


如果要切割金属及硬的物质时,则要在水箭中加入高硬度的细矿粒。以增强其切割能力,此种高速加细矿粒的水刀,几乎可切割任何物质。想像一下被超过音速很硬又很细的东西连续击中,软一点的物质会被直接击穿,硬一点的物质只是多撑一下还是会被击穿,这就是水刀的切割原理。

水刀一词在国内经常被混淆,不管几千(清洗用)到数万(切割用)PSI(磅/平方英吋)都可能被称为水刀。

1995年美国国家防蚀协会(NACE)及钢构\涂层协会(SSPC)对工业用压力水作了明确定义,根据不同压力订定了四个等级以及表面处理后的标准(NACE No.5/ SSPC-SP-12),概分述如下:

■压力等级定义:

(1)低压水冲洗(Low-pressure Water Cleaning,LP WC):压力低于5000PSI者。

(2)高压水冲洗(High-pressure Water Cleaning,HP WC):压力介于5000至10000 PSI者。

(3)高压水箭(High-pressure Water Jetting,HP WJ):压力介于10000至25000 PSI者。

(4)超高压水箭(Ultrahigh-pressure Water Jetting,UHP WJ):压力大于25000 PSI者。


小轩


我有个客户就是做水刀的,南京这边,特别牛的一家企业。

原理大体是这样的,高压细水流,然后水里面有金刚砂,然后对准了喷。

通过控制压力和水流,能实现非常非常精准的切割,真的超级厉害。

最关键是是他是冷切割,切完就能用,因为热切割材料会变形,切完要再打磨打磨,冷切割就是切完就好了,超级厉害。

比如一块钢板,用激光切割肯定会有变形,水刀割完了和送进去一样,除了变成两半。。。


少数派视角


水切割(水刀)的力量是如何产生的:

水流从加压泵加压,然后通过高压管从切割喷头射出来。非常简单的解释。然而,这一过程经过了十分复杂的设计,目的是产生60000PSI的压力。古有成语滴水穿石,不要小看水分子的力量。分子达到一定速度都都可以对物体进行切割,例如高速旋转的纸片,高速高压的气流等 。


水刀的发展(改进型):

把石榴沙混入这种高速度的水射流中,通过在混合管中混合,然后以305m/s的速度直接从沙管中射出到被加工的材料,这种切割过程其实是一种磨碾切割的过程,这种力量和动作都是由水产生的。

磨料切割机的压力可达到55,000PSI,这种高压水通过一个细小的喷嘴以762m/s 的速度射出,这种速度是音速的2.5倍。

▲纸片做的锯子,可以切割木材


看得懂科技



水刀,即以水为刀,本名高压水射流切割技术,这项技术最早起源于美国。用于航空航天军事工业。以其冷切割不会改变材料的物理化学性质而备受青睐。后经技术不断改进,在高压水中混入石榴砂,极大的提高了水刀的切割速度和切割厚度。现在水刀已经广泛应用于陶瓷、石材、玻璃、金属、复合材料等众多行业。目前在中国,水刀的最大压力已经做到了420MPa。一些技术先进的公司已经完善了3轴、4轴水刀,5轴水刀也趋向成熟。

水刀基本原理是既简单又复杂,水射流是从加压泵开始,通过高压管,然后从切割喷头射出来。非常简单的解释。然而,它是经过了十分复杂的设计,才能产生60000PSI的压力。在设计过程中,有处小小的渗漏都会对部件持久地侵蚀导致损坏。所以生产商和工程师们会小心地处理高压材料的加工工艺,利用特殊的科技组合这种机器。使用者只需要知道基本的操作知识。   


切割机在1982年应用在工业上,最早的在1970年就已出现,在工业上主要是应用在汽车,航空,玻璃行业,从这些切割中不断的提高精确度。磨料切割机的压力可达到55,000PSI,这种高压水通过一个细小的喷嘴以762m/s 的速度射出,这种速度是音速的2.5倍。把石榴沙混入这种高速度的水射流中,通过在混合管中混合,然后以305m/s的速度直接从沙管中射出到被加工的材料,这种切割过程其实是一种磨碾切割的过程,这种力量和动作都是由水产生的。

水刀有如下优点:

(1)环保无污染、不产生有毒气体及粉尘。

(2)可加工各种高硬度的材料,如:玻璃、陶瓷、不锈钢等,或比较柔软的材料, 如:皮革、橡胶、纸尿布等。

(3)是一些复合材料,易碎瓷材料复杂加工的唯一手段。

(4)切口光滑、无熔渣,无需二次加工。

(5)可一次完成钻孔、切割、成型工作。

(6)生产成本低。

(7)自动化程度高。


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水刀,又名水切割,学名高压水射流切割技术,早期的水切割由于水的压力很小,也没有加入磨料,仅能用来切割纸张等比较软的,强度低的材料,应用范围非常的窄。

后来随着技术的发展,有了高压水泵可以用来切割更多的材料了,早期的水切割完全依靠水的压力来切割材料的,但只能切割材料强度比水压低的材料,应用还是受到很大的限制。

水切割是个好技术,应用范围太窄了,可惜了了!科学家就是聪明,要想有创新就得不断折腾啊!要不给水里加点料试试看,磨料(石榴石或者金刚砂)水切割就诞生了。一试还真是很厉害,很多金属都能切割了。结果水切割系统就是下面这个样子了。



水泵将水加压,但是这个压力还是不够啊,怎么办,只好在增加一个增压泵将水再次加压,达到想要的压力,注意了,磨料是不能在水源或高压水管路中添加的,因为很快就会把管路磨穿,那怎么加,只能加在喷嘴位置,让水和磨料混合,也不能里出口太近了,因为要给他一段路程加速,只有磨料有了一定的流速才更有杀伤力呢,那么磨料和水的混合流体就不会磨损喷嘴吗,会,肯定会的,这就像七伤拳了,先伤己再伤人,那有办法避免吗,没有,只能提升自身的硬度,所以水切割喷嘴都是用很硬的强度很高的材料制成的,比如碳化钨陶瓷复合材料。



高六速的磨料通过被切割材料就像砂纸打磨材料一样,没通过一次就会磨掉少许金属,那持续高速磨料水混合物和金属不停的摩擦,和电动砂轮切割效果就差不多了。



那么水切割和传统的切割方法相比较有什么优势呢?

\t可切割范围广

可以切割绝大部分材料,如:金属,大理石,玻璃 等等。

切割质量好

平滑的切口,不会产生粗糙的,有毛刺的边缘。

\t无热加工

因为它是采用水和磨料切割,在加工过程中不会产生热(或产生极少热量),这种效果对被热影响的材料是非常理想的。如:钛。

\t环保性

这种机器采用水和沙切割,这种沙在加工过程中不会产生毒气,可直接排出,较环保。

\t无需更换刀具

你不需要更换切割机装置,一个喷嘴就可以加工不同类型的材料和形状,节约成本和时间。

这么多优点,现在当然用的比较广了,3轴/4轴/5轴的水切割机都比较常见了,水切割可以切出整体的叶轮来,这就很厉害了!


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水刀全称叫高压超高压水射流,通过增压器将水压提升到20MPA以上并使水流通过口径约0.01um的喷嘴形成水刀。由于高压以及极小口径对高压水射流系统部件都提出很高的要求,尤其是泄漏和使用寿命。全世界水射流最有名公司福禄公司目前能将水压提升到200M以上,由于高压水射流的易于实现自动化、加工无粉尘,无需冷却液,工具基本无损耗等优势获得广泛应用,尤其切割和清洗。得益于数控机床高速发展水射流切割可实现任意形状切割。马路交通标示的清洗以及工程机械清洗等。


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水切割,又称水刀,即高压水射流切割技术,是一种利用高压水流切割的机器。在电脑的控制下能任意雕琢工件,而且受材料质地影响小。因为其成本低,易操作,良品率又高,水切割正成为工业切割技术方面的主流切割方式。工作原理:由于能量梯度的作用,激光、气体等离子、射流等切割手段在切面越深时(距喷嘴越远),切割能力越差,所以所形成的切割面往往不垂直于工件表面,被称之为切割斜度,这是所有切割手段的一个固有缺陷。虽然通过提高切割能量或降低切割速度可以部分减小切割斜度,但依然存在不能完全垂直切割的问题。于是,可倾斜切割头的设想于1997 年被提了出来,国际上已有商用产品,这是解决切割斜度,提高精度最直接有效的方法。其原理是通过在原有三轴平台的基础上再增加2 个旋转轴,刀头可向任何方向摆动,并利用预先在系统中设置的斜度模型,通过对切割轨迹的实时计算,再根据被切工件的材料与厚度进行修正,在切割的过程中不断地摆动切割头,使得切割出来的工件达到完美的无斜度状态。


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