水射流切割综合指南

“当谈到数控水射流时，它意味着精度，以及手中的准确度。它是创建 2D 和 3D 功能原型的理想选择。它提供可靠性和可重复性，并在短时间内生产从小批量到大批量的零件。”

在流体动力工程中，数控水射流切割因其经济、快速地切割磨料和高密度金属的方法而显着增长，增幅高达 6.15%。此前，传统技术如 线切割、激光切割和等离子切割用于切割硬质材料。这些方法费力、耗时，并且材料多样性极低。 

因此，水射流切割通过为OEM制造商提供领先的步伐，将产品更早地推向市场，并满足客户的要求。此外，水射流切割可适应复杂的几何形状和 3D 设计，并且可以切割多种材料而不影响其化学性质。一些例子包括：金属、工程级热塑性塑料、玻璃和复合材料。此外，它还通过提供质量不稳定且尺寸稳定的零件来实现功能和增强的最佳性能，从而促进汽车、航空航天、电子和国防工业的发展。 

本文重点介绍了水射流切割工艺的巨大潜力、其应用、优缺点、切割能力等等。

什么是水射流？

水射流是一种非接触式侵蚀工艺，可切割高强度材料。它不使用热能，而是使用高压高超音速液体射流，与磨料混合以根据所需的形状和设计制造产品。

水射流切割 

水喷射机的最佳运行额定压力为 690 MPa (1000,000 Psi)。该压力通过专门的管孔或喷嘴以 900 m/sec（比声速高三倍）的速度投射，以将材料切割成所需规格的零件。喷嘴的平均直径通常为0.1～0.4mm左右。小直径喷嘴有助于集中物体，而不会产生过多的材料浪费。这个过程是通过增压器或曲轴泵组件完成的。此外，水射流适用于多种材料，例如金属合金、半软材料、塑料、陶瓷和复合材料。 

水射流切割如何工作？

水射流切割工艺

这个 水射流加工工艺 通常用于二维几何。以下简要介绍了水射流切割的工作原理。

• 从技术上讲，水射流切割工艺是通过使用通过不锈钢制成的孔口或喷嘴喷射的超高压水射流来进行的。通常，在此过程中使用金刚石、蓝宝石或红宝石孔口将速度提高近约 2500 英里/小时。 
• 高速水流与磨料室（通常放置在切割头组件中的孔口下方）结合以加速切割操作。一般来说，使用的磨料是石榴石砂，沿着水流拖动。
• 最后，这种组合有助于将尺寸稳定且精确的轮廓复制到目标材料上。水射流切割的整个过程由专门的数控系统软件控制，消除变形和缺陷。

水射流切割的类型

在制造业中，有两种类型用于切割磨料。这些包括; 

• 加砂水射流切割
• 纯水射流切割

加砂水射流切割

磨料水射流切割是一种非热处理工艺。它是通过伴随磨料（通常是石榴石、砂砾或氧化铝）和水来进行的。这种组合会产生更强大、更无形、更连贯的流，以产生推进力，并切割硬质和层压材料。

通常，OEM 设计师使用石榴石进行切割，因为其成本低廉且可用性前景良好。 Garnet 提供两种产品可供选择；压碎和冲积。在这两者中，石榴石来自采石场，而冲积石榴石是在河床中发现的天然矿床，经过筛选以使其可用于水喷射过程。与碎石榴石相比，它相对便宜且侵蚀性较小，并且易于加工，这使其成为需要光滑精细边缘的理想选择。

总体而言，磨料水射流切割 例如，适用于高强度、厚、拉伸材料；陶瓷、装饰石材、岩石、金属和塑料。此外，可以通过使用磨料切割工艺来获得锋利的骨料边缘。 

纯水射流切割

纯水射流切割通常利用高压纯水流。这种无磨料的流加压通过约 0.1 毫米的小直径或金刚石孔。该孔口往往会使水流速度增加到声速的近 3 倍。这种方法特别适合切割软材料；例如;橡胶、泡沫、垫圈、食品和纺织品。与传统方法、数控等离子和激光切割不同，纯水切割被认为是一种冷切割技术，这意味着在加工过程中不会产生热量。

水射流切割工艺的进步？

当今水射流切割中的数控系统彻底改变了这一过程。在这方面有两种大用途的技术正在变得流行。这些都是;

• 5 轴水射流切割
• 锥度补偿

5 轴水射流切割

水射流的一项进步是五轴水射流切割作为一种多轴方法。以前，由于需要大量编程和精确的规格，5 轴机床用于极其专业的详细零件或产品。因此，它被认为是一种昂贵的水射流切割方法。 

但是，在这个时代，它因从 CAM 中精确获取 3D 模型并快速将其切割成精确的特征组件而受到认可。这些机器主要用于橡胶、纤维和合金等软材料。此外，5 轴机床通过在零件切割中添加有价值的加工来实现流程自动化。因此，它显着减少了对体力劳动的需求。

锥度补偿

锥度补偿是为精确切割尺寸而出现的另一项进步。通过消除材料表面上形成锥形切口的风险，在较厚的材料上形成均匀的切口已变得流行。出现锥度的原因是切割速度快和水射流的自然发散。它通常使用三种方法来消除它们的形成。这些都是;几何补偿，其中调整和修改初始 CAD 设计。接下来，动态锥度补偿。制造商在切割头围绕目标材料移动时调整切割头的位置。此外，通过偏移切割路径，设计人员可以最大限度地减少锥度切割形成。此外，锥度补偿对于实现低至 0.005” 的最佳公差非常有利。通过我们的指南了解有关切割设计的更多信息: 水射流切割设计指南.

激光切割与激光切割水射流切割：主要区别

激光切割和水射流切割都广泛适用于多种工业应用。这些用于准确刺穿各种高强度材料。以下是下表中提到的一些技术差异； 

工作台： 激光与激光的比较分析。水射流切割

相关： 激光切割与激光切割水射流切割：分析制造领域的能力

水射流切割的优点

这个 水射流切割的优点 广泛应用于各个制造领域。这些机器以其高重复性和准确性而闻名。它们与其他传统技术的一些最常见的优点包括：

• 几乎所有材料都可以通过水射流切割技术切割成形。
• 它可以生产出优质的边缘，并且在此过程中不会产生任何废料。
• 水射流切割是一种冷切割技术，在操作过程中不会产生热影响区。
• 由于不受材料厚度的限制，它比其他传统技术具有优越性。例如，100英尺的板材可以通过水射流切割进行精确切割。
• 它提供了一种多轴方法来穿孔材料。常见的例子包括： 5 轴机器。此外，无需任何工具或额外的刀具。
• 核心优势之一是它可以生产高精加工质量的零件，无需进一步加工。
• 标准水射流切割机可实现低至 0.005 英寸的严格公差。此外，通过水射流切割工艺更容易创建 3D 形状。
• 最重要的是，由于整个切割过程中使用过的水可以回收利用，因此这是一个环境可持续的过程。

水射流切割的局限性

此外，它在开始切割项目时也有一些缺点；这些包括;

• 某些风险；例如，孔口、锥度（V 形、倒锥度和桶形锥度）的损坏以及由于切口宽度较小而形成的空隙。因此，根据经验，切口尺寸必须是水射流的 11.25 倍。 
• 水射流可能会导致被刺穿零件出现压痕和分层问题。
• 用于切割的磨料会给该过程带来额外的成本。但主要取决于材料类型、零件规格和预期用途。
• 为了获得精确规格的零件，通常建议将孔内半径保持在水射流的 2 倍，否则，会导致材料盲切和不均匀切割。
• 过度使用磨料可能会导致设备磨损，从而给工艺带来额外成本。
• 水射流切割装置需要较高的初始投资。

水射流切割的工业应用

水射流加工应用广泛分布在多个行业。该技术的一些主要消费者包括航空航天、汽车、纺织、消费电子和工业制造行业。 

航空航天工业

空气动力行业主要使用水射流切割来成型飞机发动机内部和外部零件。通常，这些零件需要精确切割，以实现产品的功能和移动性。所以， 航空航天中的水射流切割 在产品的切割或成型中起主要作用；包括;喷气发动机、涡轮叶片、机舱内部面板和起落架的零件。

汽车行业

这种令人着迷的技术用于制造多种汽车零件。设计制造商使用自动水射流切割机在不同的汽车部件上获得所需的切口。一些例子包括：车顶内衬、保险杠、铜头垫片、定制排气系统的法兰、汽车装饰支架。 

建筑行业

石材磨料水射流切割

水射流切割技术在艺术和建筑行业非常流行。不同的壁画、大理石和石头可以通过水射流切割机精确地穿孔成艺术品。此外，设计工程师还可以将其用于金属艺术品，例如；博物馆艺术品、户外、主题公园和奇妙的闪电。 

电子行业

水射流切割可以降低电子元件的生产成本，从而使制造商受益。这些部件对热操作高度敏感。因此，水射流切割机可以作为制造零件的解决方案；填充电路板、发电机组件、电梯控制面板和电梯型材切割。此外，它还有助于创建高质量的保护电子设备，例如 防水外壳 用于户外。 

医疗及外科行业

微型医疗工具需要精细的轮廓才能持续发挥作用。这样，水射流切割对于制造这些有角度且精度要求高的零件非常有帮助。以下是通过水射流切割工艺成型的一些组件；假肢形状、雕刻碳支架、矫形器具、手术部件和肝脏切除术。 

玻璃工业

玻璃行业是水射流切割技术的主要用户。它通过用染色玻璃、石英、最佳玻璃、硼硅酸盐、熔融石英和平板玻璃成型各种复杂零件来提高生产率和边缘质量，无需在快速周转时间内进行额外处理。 

相关： 利用水射流切割技术的 5 大行业

水射流切割是否更适合您的项目？

工艺兼容性取决于多种因素。例如;零件规格、几何复杂性、厚度和材料特性（如导电性、耐腐蚀性和耐用性），您可以根据指定项目切割成型。 

水射流切割应用实例 

一般来说，标准水射流加工可以切割多种材料，而不影响其表面特性。此外，该利用导致不产生热影响区或产生很小的热影响区以及细腻光滑的纹理光洁度。与激光和等离子切割不同，它不会产生有害烟雾。 

此外，水射流切割机的每次切割都通过 CNC 系统进行阻止。它遵循 G 代码来精确地绘制轮廓。然而，存在翘曲和相关胶带的风险。因此，为了做出明智的工艺选择，始终建议寻求行业专业人士的帮助。他们的指导可帮助您做出最佳的工艺选择。仍然很困惑，这是我们的指南：  何时使用水射流切割工艺？ 帮助你度过难关。 

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总结

水射流加工 已成为制造业中最快的技术。它在短时间内使零件具有高重复性和尺寸精度。农业、医疗、玻璃、航空航天和汽车等许多制造行业都因其经济和环保的前景而利用它。 

然而，水射流切割过程至关重要，需要考虑某些因素才能获得准确的规格，因为切割零件有时会留下痕迹，并在此过程中面临翘曲问题。因此，必须保持对工艺参数和高压流的精确控制。此外，还有许多其他选择。例如激光、等离子切割。这些技术在精度要求较高的项目中也广为人知。因此，要做出适当的选择，需要获得有关其能力和局限性的基本知识。本文从广阔的前景包含了水射流切割的所有基本细节。通过阅读，用户可以获得对流程能力和其他方面的宝贵见解。  

常见问题

Q1.水射流切割机的价格是多少？

成本因素取决于机器的品牌和功能。一台标准水射流切割机的成本约为 $ 60,000-450,000。

Q2。水射流切割还有其他替代工艺吗？

还有其他工艺可以代替水射流切割。这些包括;

• 线切割机
• 等离子切割
• 氧燃料切割
• 激光切割

Q3。哪些金属合金可以通过水射流切割刺穿？

各种合金牌号可以通过水射流切割机成型。铝合金：5052、6061、7075；铜：260、C110；不锈钢 304、316 和丙酮被认为是适合水射流切割的材料。 

Q4。水射流切割中常见的问题有哪些？

制造商可能会遇到各种问题，例如翘曲、分层、锥度切割、水射流质量、磨料和喷嘴磨损。

Q5.水射流中如何添加磨料？

一般来说，储存在料斗中的磨料（通常是石榴石）的容量约为。 2吨。磨料的自动控制量填充是通过水射流机顶部的计量斗进行的。结果，水射流穿过混合磨料室，产生文丘里效应。这种效果会拉动磨料粘附在水流上。然后，将该混合物引导至焦点喷嘴中以进行水射流切割操作。

资源中心

1. 普雷德拉格·扬科维奇（2019） 磨料水射流技术在土木工程中的应用;从...获得： 研究之门.
2. 安德鲁·J·杰斐逊， 霍姆·纳特·达卡尔， (2018)，磨料水射流切割：检索自： 科学直接。