水射流加工工艺：优点和特点

水射流加工是利用水射流切割金属的“去除加工”类型。它用于精确、轻松地使各种工件变形，例如聚氨酯和玻璃，包括汽车车身和保险杠。通过将磨料与水混合，可以加工钛等难以切削的难切削材料，也可以切削厚板。

本文介绍了水射流加工和“磨料水射流”（磨料混合物）的优点。

由于不切削油、不产生粉尘，因此作为环保工艺而受到关注！

 

什么是水射流加工？

水射流切割的工作原理

水射流切割 是一种利用水射流切割金属的加工方法。它的原理与洗车中使用的高压清洗机相同：通过高压喷射水来切割金属。

从φ300mm的小口径喷嘴喷出压缩至600～0.1MPa的水，可产生高处理能量。

水的喷射速度达到音速的三倍，只要作品是湿的，任何材料都可以使用。

加工采用“水射流加工机”，可通过NC控制进行3D加工，通过5轴控制进行复杂加工。 调节水压可应用于去毛刺、抛光、清洗等多种工艺。

 

水射流金属加工技术原理

这种切割金属的方法出现在上世纪中叶。最初使用纯水，但几年后工程师在射流中添加了磨料砂，大大提高了切割性能。

该技术的本质是在巨大的压力下用水射流作用于材料。如今，这项技术是发展最活跃的技术之一，被认为是最好的切割方法之一。

水射流金属切割的质量丝毫不逊色于 血浆; 激光器是如何工作的 or 机械切割此外，这种喷射器是一种不易磨损的工具。 根据材料类型的不同，所使用的喷射直径也不同。 通常为0.5-1.5毫米。 由于直径小，材料浪费很少。

该技术的一个重要优点是可以从产品的任何点开始切割。

任何水射流切割机的工作原理都是这样的：

1. 高功率泵在自定心切割头内产生 3800 至 6200 bar 的水压。
2.喷嘴中形成细细的水射流，在高压下以高于声速的速度送入混合器。
3.水从喷嘴供给至装置的混合器，磨料从独特的磨料料斗供给。
4. 混合后，水和磨料形成切割射流，施加到被切割的材料上。

切割台为悬臂式或龙门式，并具有专门设计的框架，可在高速下实现最佳稳定性以及不变形和振动。
切割过程由专用软件控制，不同版本的软件允许切割任何形状，具体取决于切割头的功能。

 

我可以使用水射流切割哪些类型的材料？

选择水射流切割时首先要考虑的是您需要加工的材料类型。 要利用这种方法，材料必须适合该工艺并且能够进行精确的切割。 您可以对以下材料使用水射流切割技术。

金属及合金： 几乎所有金属和合金都适合水射流切割。最知名的是钢、铝、铜、钛和黄铜。水射流切割可用于切割和成型薄金属板和重金属板。

塑料: 丙烯酸、PVC、Delrin、聚苯乙烯等塑料可以采用水射流技术进行加工。它很干净，不会对工件造成熔化或其他材料损坏。

陶瓷： 它可以为瓷砖、瓷器、碳化硅、氧化铝等各种陶瓷材料提供无裂纹的切割和成型解决方案。

复合材料： 水射流技术非常适合切割和成型 复合材料。 其他方法， 等离子切割、锯切和传统切割，可能会导致复合材料开裂。 尽管如此，水射流仍能在玻璃纤维、芳纶纤维、凯夫拉尔纤维和碳纤维等多种复合材料上实现干净、精确的切割。

其他材料是 泡沫、橡胶、石材、花岗岩、玻璃、皮革和布料。

 

水射流切割的主要优点

冷切： 水射流切割是一种“冷”工艺，因为它不需要额外的热量输入。 切割过程中涉及水和磨料，切割材料的加热仍然微不足道，并且不存在热变形和机械变形。

此外，“冷”切割的优点是没有毛刺、翘曲和氧化皮。因此，由于切割质量高，所得产品不需要在后续操作（例如喷漆或焊接）之前进行初步准备。

此外，冷切割还提高了生产率，因为安装工件不需要在后续工艺流程之前进行固定和冷却。

切割精度高 （±0.1毫米）： 高压和小切割区域的结合使您无需额外操作即可获得所需的结果。

水射流切割被积极用于获得高质量切割，例如获得精确的几何形状。此外，水射流切割可用于各种材料和非标准类型的表面。

应用通用性高：水射流切割是当今最通用的切割系统之一。它的应用范围很广，从钣金零件的批量生产到三维大理石雕刻。

切割钢材的允许厚度为 300 毫米。 5轴切割头的推出导致了水射流切割的快速增长：切割平面零件时，切割头可以进行连续切割，可以围绕工件移动，还可以进行±55范围内的斜角切割 ^°.

 

水射流加工的特点

由于水射流加工使用水，因此具有其他加工方法所不具备的各种优点。

1.不受热影响

由于使用“水”，因此不会产生热量 水射流与激光 及切割加工。

因此，加工精度高，并且可以加工易受热影响的材料。

2.加工力可调节

由于使用“水”，因此可以通过调节水压来调节加工时施加的力。

因此，可以加工橡胶、聚氨酯、印刷电路板等软质材料。

3.成本低

由于它使用“水”，因此易于维护且运行成本低。

4。 环保的

由于使用“水”，加工过程中不会产生粉尘。此外，不需要切削时大量使用的“冷却剂”。

 

水射流加工原理

水射流加工分为仅使用水的“水射流加工”和将磨料与水混合的“磨料水射流加工”。

这种加工方法仅通过高压水喷射来切割工件。适用于切割聚氨酯、木材、树脂等软质材料。

由于其高环境友好性，广泛应用于金属加工现场、食品加工、医疗行业。

 

选择水射流切割工艺的八种场景

我们讨论了可以采用水射流切割加工的材料。 让我们探讨一下水射流是切割和成型材料的可行选择的许多场景。

1.当材料对热敏感时

如前所述，水射流切割不使用强热，产生的热量几乎可以忽略不计，因此非常适合切割热敏材料，例如某些塑料或复合材料。

使用等离子和激光切割等其他方法切割热敏材料可能会造成严重损坏，例如切割位置熔化、物理性能下降和翘曲。通过水射流切割加工这些材料可以消除这些风险，并实现干净、精确的切割。

此外，在许多应用中，物理和热性能的下降会影响零件的功能，例如电路板、热应用和导电零件。 在这种情况下，水射流切割可以保持材料的完整性并切割工件，而不会产生与热相关的损坏风险。

2. 当您需要复杂的几何形状时

水射流切割是一种实用的制造技术，因为它可以精确地创建复杂的形状。它以沿着曲线或弧线进行精确切割而闻名，可以生成圆形、卵形和椭圆形。

• 它可以为室内和装饰物品创建复杂的图案，并且只需要实用的设计（3D）。
• 水射流切割可以实现微小的孔、通道、空腔和其他复杂的内部特征。
• 水射流切割可以用单块材料制造多个零件，并促进复杂的组装。

总之，对于许多需要精确和复杂形状的应用来说，它是一个不错的选择。 水射流加工可轻松保持 0.12 毫米左右的公差（Dey，2020）。

3. 当材料极其坚硬时

切割极硬的材料具有挑战性，例如淬硬钢、钛、碳化硅、镍基高温合金、碳复合材料、石材、陶瓷等。使用数控铣削和其他传统技术加工这些材料会导致磨损 切割工具 以及对工件的物理损坏。

水射流切割可以精确切割几乎所有硬质材料（金刚石除外），且无损坏风险。选择水射流切割硬质材料的另一个原因是它不存在碎片散落的风险。它可以切割厚度范围为 10-12 英寸的硬质材料（Dey，2020）。

4. 每当您需要加工薄材料片时

使用数控铣削、等离子切割、激光切割等技术切割薄板会导致切割位置变形和扭曲。相比之下，水射流切割可以在薄材料板上进行精确切割，而不会产生这些影响。

受影响区域是薄工件切割和成形时的另一个缺点。与厚板相比，薄板可能会受到严重损坏，从而导致熔化。因此，在这种情况下，具有受控压力的狭窄水流是理想的选择。

5、材料厚度不一致

在加工工件时，由于数控铣削、激光切割、等离子切割等方法的厚度不一致，需要多次切割。 相比之下，水射流切割可以一次切割。

在许多应用中，零件可能需要具有不同的厚度。 可以使用数控水射流技术制造此类零件。 其他方法仍然可以做到这一点； 然而，它们可能不太准确且更混乱。

6.每当材料非常厚时

使用其他方法加工厚工件比较复杂。例如，等离子和激光切割需要大量能量，这可能非常昂贵。同时，水射流切割可以通过调节压力和磨料颗粒来加工厚工件。然而，厚度限制取决于特定材料的硬度。钛等硬质材料的厚度可达 10-12 英寸，而泡沫等软质材料的厚度可达 2-3 英尺（Schlick，2022）。

此外，可切割材料的厚度由水射流的压力决定。通过简单的压力泵控制即可改变水压（最高 900 MPa）。接下来，可以将高磨蚀性颗粒与水混合来切割厚工件，或者增加磨蚀性颗粒浓度也可以起到类似的作用。

7. 当您需要大批量生产时

水射流切割不可能具有成本效益 小批量生产 与传统程序一样，特别是在高精度不是关键要求的情况下。 然而，它显着降低了大批量生产的成本。 您可以针对多种应用来处理具有高重复性和尺寸一致性的材料。

8.非导电材料的切割

水射流切割可以成为切割非导电材料的良好解决方案，因为它在切割过程中不会产生热量。相反，材料的电导率影响激光和等离子切割的质量。在使用这些技术加工非导电材料时，切割可能会很粗糙且不一致。

 

何时不使用水射流切割方法？

我们已经讨论了水射流切割是材料切割和成型的理想选择的各种情况。 在某些情况下不适合使用此方法。

• 木材和纸制品等对水和湿气敏感的材料会吸收水分并改变物理特性。
• 水射流切割可能不适合该应用，因为它需要极高的精度。在这种情况下，激光切割可以做得更好。
• 由于需要专门的设备和设置时间，小批量生产的成本可能会更高。

磨料水射流加工

磨料水射流加工

这是一种将磨料与水混合来切削工件的加工方法。

磨料被高压水的负压吸入，并以混合液体的形式从喷嘴喷出。

切削能力高，适合切削钛、陶瓷、金属等难加工材料。它还用于加工汽车零部件和新型飞机材料。用于水射流加工的数控水射流加工机称为“水射流机”。

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水射流机配置

• 超高压水发生器
• 加工喷嘴
• 磨料供给装置

 

超高压水发生器

该泵发出300至600 MPa的超高压。

加工喷嘴

它由硬质合金和金刚石等材料制成，可防止喷射磨损。

• 水射流加工时，请使用直径约0.1～0.3mm的喷嘴。
• 磨料水射流加工时，使用约φ1mm的喷嘴

磨料供给装置

在磨料水射流加工中将磨料与水混合的设备。

 

结语

在本文中，我们解释了水射流加工的好处以及混合磨料的各种方法。 水射流加工作为一种不使用切削油、不产生粉尘、对环境友好、对工人友好的加工方法而受到关注。 除了金属加工外，由于其不易燃，它还用于发生灾难时的救援活动。