基本介紹
- 中文名：水切割
- 外文名：Water Jet Cutting
- 別稱：水刀
- 性質：利用高壓水流切割的機器
- 特點：成本低，易操作，良品率又高
簡介,分類,特點,發展歷程,萌芽,技術興起,技術發展,特點優勢,切割技術,相關問題,切割材料,切割精度,切隙寬度,切割斜邊,適用範圍,
簡介
水切割又稱水刀，英文名high-pressure water cutting 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，水切割正逐漸成為工業切割技術方面的主流切割方式。
分類
2.以設備來分：分為大型水切割機、小型水切割機、三維水切割機、動態水切割機。
4.以技術原理來分：分為前混式和後混式。
5.以安全切割來分：分為安全切割類和非安全切割類，區別主要在水壓上面，100MPa以下低壓型水切割可套用於特種行業如：危化、石油、煤礦、危險物處理等方面。
特點
1. 數控成型各種複雜圖案；
2.屬冷切割、不產生熱變形或熱效應；
3.環保無污染、不產生有毒氣體及粉塵；
4.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；
5.是一些複合材料，易碎瓷材料複雜加工的唯一手段；
6.切口光滑、無熔渣，無需二次加工；
7.可一次完成鑽孔、切割、成型工作；
8.生產成本低；
9.自動化程度高；
10.24 小時連續工作。
發展歷程
萌芽
Norman Franz 博士一直被公認為水刀之父。他是研究超高壓（UHP）水刀切割工具的第一人。超高壓的定義是高於 30000 psi。Franz 博士是一名林業工程師，他想尋找一種把大樹幹切割成木材的新方法。1950 年，Franz 第一次把很重的重物放到水柱上，迫使水通過一個很小的噴嘴。他獲得了短暫的高壓射流（多次超過了現用壓力），並能夠切割木頭和其它材料。他後來的研究涉及更為連續的水流，但他發現獲得連續高壓非常困難。同時，零件的壽命也以分鐘計算，而不是數周或數月。
Franz 博士從沒製造出一種量產的木材切割器。而木材切割卻是超高壓技術最不重要的套用之一。但 Franz 博士證明了高速會聚水流具有極大的切割能量－這種能量的套用遠遠超出了 Franz 博士的夢想。1979 年，Mohamed Hashish 博士在福祿研究室工作，開始研究增加水刀切割能量的方法，以便切割金屬和其它硬質材料。Hashish 博士被公認為加砂水刀之父，他發明了在普通水刀中添加砂料的方法。 他使用石榴石（砂紙上常用的一種材料）作為砂料。憑藉這種方法，水刀（含有砂料）能夠切割幾乎任何材料。1980 年，加砂水刀第一次被用於切割金屬、玻璃和混凝土。1983 年，世界上第一套商業化的加砂水刀切割系統問世，被用於切割汽車玻璃。該技術的第一批用戶是航空航天工業，他們發現水刀是切割軍用飛機所用的不鏽鋼、鈦和高強度輕型合成材料以及碳纖維複合材料的理想工具（已用於民用飛機）。從那以後，加砂水刀被許多其它工業採納，例如加工廠、石料、瓷磚、玻璃、噴氣發動機、建築、核工業、船廠等等。
技術興起
20世紀末，水切割技術引入我國，經歷了近5年的市場套用及設備的改良，主要套用於建築陶瓷、石材、金屬加工、汽車工業、航空航天、軍工、石油化工等行業並得到良好的發展。 21世紀初期，針對水切割技術在市場套用中出現的相關問題以及技術單一性，攜帶型水切割技術應運而生。 攜帶型水切割技術屬低壓水射流技術，即利用較低壓力（25 Mpa ~50Mpa）即可實現金屬及其他材料的切割作業。該技術的出現具有較強的實際套用意義。攜帶型水切割技術的誕生為水切割技術的發展掀開了歷史性的一頁，是水切割技術領域的又一新突破，標誌著水切割技術進入了攜帶型水切割技術研究階段。 攜帶型水切割技術借鑑水切割技術的基本原理，拋開傳統水切割技術的後混式切割原理而進行了技術的改革創新。該技術初期主要套用於彈藥等危險品的銷毀處理工作，隨著攜帶型水切割技術的不斷完善，其套用領域也近一步擴大，主要套用於排爆、石油化工、煤礦井下作業、工程施工、船舶製造等相關行業領域。
技術發展
攜帶型水切割系統是一種新型水切割設備，其具有體積小、重量輕、運輸方便、切割效率高等特點，利用較低水壓即可對鋼板、陶瓷、大理石、水泥製品等進行切割。因此攜帶型水切割系統具有廣大的市場套用前景，可滿足客戶對切割能力及作業環境的不同要求。 在過去的市場實戰套用中，攜帶型水切割系統表現出優越的使用效果。其主要套用於航彈銷毀、石化管道切割、危險品處理、易燃易爆品切割作業。套用效果明顯，切割過程中輕鬆消除所存在的安全隱患，成為了航彈銷毀、石化管道切割、油罐切割、油輪開孔之首選
特點優勢
1、 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。
2、 切割質量好
平滑的切口，不會產生粗糙的，有毛刺的邊緣。
3、 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。
4、 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。
5、 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。
6、 減少毛刺
採用磨料砂的水刀切割，切口只有較少的毛刺。
7、 編程迅速
程式主要是由CAD製圖軟體生成，你可以在layout中隨意設計線圖，或輸入從其他軟體中生成的DXF檔案，另外，機器支持第三方軟體，如nesting嵌套排版軟體（用於把圖形在工件中添滿，能最大限度地減少工件損耗）。
8、 快速的編程
可以把其他軟體生成的程式調入機器，它能夠從CAD建立起刀具路徑，並能把刀頭的精確定位和切割速度在超過2000點/英寸（800點/cm）計算出來，你需要做的只是指定你要切割的材料和厚度，其他的工作交給機器去完成。
9、 與其他設備組合，可以進行分別操作
水切割機可和其他的加工設備組配（如鑽削頭），充分利用其性能，最佳化材料利用程度。
10、 減少調整次數
對工件只需要很小的側壓就能固定好，減少複雜的裝夾帶來的麻煩。
11、無切割方向之限制 → 可完成各種不同的切割形狀。
12、所產生橫向及縱向的作用力極小 → 可降低設定時間及使用夾治具的成本。
13、用同一種機器即可完成鑽孔及切割功能 → 可降低製程時間及切割成本。
14、不會產生熱效應或變形或細微的裂縫 → 不需二次加工，可節省時間及製造成本。
15、不會產生具毒性的氣體 → 可為操作人員提供更好的工作環境。
16、不會產生毛邊 → 可縮短工件製造所需時間及製造成本。
17、切口細 → 可減少大量廢棄材料的產生，節省直接製造成本。
18、一次即可完成工件之切割且擁有良好的切邊品質 → 可降低製程時間及成本。
19、依設計及工件材質的不同來作彈性的調整 → 可縮短從接單至成品產出的時間，提升產能，為企業帶來更多的商機。
切割技術
由於能量梯度的作用，雷射、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，可傾斜切割頭的構想於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台的基礎上再增加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定的斜度模型，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。
相關問題
切割材料
超高壓水刀可切割各種厚、堅硬之材料：如不鏽鋼、鋁、銅、鋼鐵、大理石、合金金屬、玻璃、塑膠、陶瓷、磁磚及各種可看得到之材料。
切割精度
其切割工件之精度介於0.1mm～0.25mm之間。工件之精度決定於機器之精度、切割工件之大小及厚度。
切隙寬度
需視切割工作材質大小厚薄與所使用的噴嘴而定。一般而言，加砂切割之切口約為1.0mm至1.2mm。隨著砂刀管的直徑擴口，其切口也就愈大。
切割斜邊
所運轉之切割速度決定其斜邊品質。大部份所看到好的切割品質之單側斜邊為0.1mm左右。
適用範圍
一般而言，以複雜圖案、厚、難切、易碎與怕熱之材料，最適合使用水刀切割為加工設備。
