水刀加工製程：優點與特點

水刀加工是利用水刀切割金屬的「去除加工」類型。它用於精確、輕鬆地使各種工件變形，例如聚氨酯和玻璃，包括汽車車身和保險桿。將磨料與水混合，可以加工鈦等難以切割的難切削材料，也可以切割厚板。

本文介紹了水刀加工和「磨料水刀」（磨料混合物）的優點。

由於不切削油、不產生粉塵，因此作為環保工藝而受到關注！

 

什麼是水刀加工？

水刀切割的工作原理

水射流切割 是一種利用水刀切割金屬的加工方法。它的原理與洗車中使用的高壓清洗機相同：透過高壓噴射水來切割金屬。

從φ300mm的小口徑噴嘴噴出壓縮至600～0.1MPa的水，可產生高處理能量。

水的噴射速度達到音速的三倍，只要作品是濕的，任何材料都可以使用。

加工採用“水射流加工機”，可透過NC控制進行3D加工，透過5軸控制進行複雜加工。調節水壓可應用於去毛邊、拋光、清洗等多種製程。

 

水刀金屬加工技術原理

這種切割金屬的方法出現在上世紀中葉。最初使用純水，但幾年後工程師在射流中添加了磨料砂，大大提高了切割性能。

該技術的本質是在巨大的壓力下用水射流作用於材料。如今，這項技術是發展最活躍的技術之一，被認為是最好的切割方法之一。

水刀金屬切割的品質絲毫不遜於 血漿; 激光 or 機械切割此外，這種噴射器是一種不易磨損的工具。根據材料類型的不同，所使用的噴射直徑也不同。通常為0.5-1.5毫米。由於直徑小，材料浪費很少。

該技術的一個重要優點是可以從產品的任何點開始切割。

任何水刀切割機的工作原理都是這樣的：

1. 高功率幫浦在自定心切割頭內產生 3800 至 6200 bar 的水壓。
2.噴嘴中形成細細的水柱，在高壓下以高於聲速的速度送入混合器。
3.水從噴嘴供給至裝置的混合器，磨料從獨特的磨料斗供給。
4. 混合後，水和磨料形成切割射流，施加在被切割的材料上。

切割台為懸臂式或龍門式，並具有專門設計的框架，可在高速下實現最佳穩定性以及不變形和振動。
切割過程由專用軟體控制，不同版本的軟體允許切割任何形狀，具體取決於切割頭的功能。

 

我可以使用水刀切割哪些類型的材料？

選擇水刀切割時首先要考慮的是您需要加工的材料類型。要利用這種方法，材料必須適合該工藝並且能夠進行精確的切割。您可以對以下材料使用水刀切割技術。

金屬及合金： 幾乎所有金屬和合金都適合水刀切割。最知名的是鋼、鋁、銅、鈦和黃銅。水刀切割可用於切割和成型薄金屬板和重金屬板。

塑料: 丙烯酸、PVC、Delrin、聚苯乙烯等塑膠可採用水刀技術進行加工。它很乾淨，不會對工件造成融化或其他材料損壞。

陶瓷： 它可以為瓷磚、瓷器、碳化矽、氧化鋁等各種陶瓷材料提供無裂紋的切割和成型解決方案。

複合材料： 水刀技術非常適合切割和成型 複合材料。其他方法， 等離子切割、鋸切和傳統切割，可能會導致複合材料開裂。儘管如此，水刀仍能在玻璃纖維、芳綸、凱夫拉纖維和碳纖維等多種複合材料上進行乾淨、精確的切割。

其他材料是 泡沫、橡膠、石材、花崗岩、玻璃、皮革和布料。

 

水刀切割的主要優點

冷切： 水刀切割是一種“冷”工藝，因為它不需要額外的熱量輸入。切割過程中涉及水和磨料，切割材料的加熱仍然微不足道，並且不存在熱變形和機械變形。

此外，「冷」切割的優點是沒有毛邊、翹曲和氧化皮。因此，由於切割品質高，所得產品不需要在後續操作（例如噴漆或焊接）之前進行初步準備。

此外，冷切割還提高了生產率，因為安裝工件不需要在後續製程流程之前進行固定和冷卻。

切割精度高 （±0.1毫米）： 高壓和小切割區域的結合使您無需額外操作即可獲得所需的結果。

水刀切割被積極用於獲得高品質切割，例如獲得精確的幾何形狀。此外，水刀切割可用於各種材料和非標準類型的表面。

應用通用性高：水刀切割是當今最通用的切割系統之一。它的應用範圍很廣，從鈑金零件的批量生產到三維大理石雕刻。

切割鋼材的容許厚度為 300 毫米。 5軸切割頭的推出導致了水刀切割的快速增長：切割平面零件時，切割頭可以進行連續切割，可以圍繞工件移動，還可以進行±55範圍內的斜角切割 ^°.

 

水刀加工的特點

由於水刀加工使用水，因此具有其他加工方法所不具備的各種優點。

1.不受熱影響

由於使用“水”，因此不會產生熱量 水刀與雷射 及切割加工。

因此，加工精度高，並且可以加工易受熱影響的材料。

2.加工力可調節

由於使用“水”，因此可以透過調整水壓來調節加工時施加的力。

因此，可以加工橡膠、聚氨酯、印刷電路板等軟質材料。

3.成本低

由於它使用“水”，因此易於維護且運行成本低。

4。 環保的

由於使用“水”，加工過程中不會產生粉塵。此外，不需要切削時大量使用的「冷卻劑」。

 

水刀加工原理

水刀加工分為僅使用水的「水刀加工」和將磨料與水混合的「磨料水刀加工」。

這種加工方法僅透過高壓水噴射來切割工件。適用於切割聚氨酯、木材、樹脂等軟質材料。

由於其高環境友善性，廣泛應用於金屬加工現場、食品加工、醫療產業。

 

選擇水刀切割製程的八種場景

我們討論了可以採用水刀切割加工的材料。讓我們探討一下水刀是切割和成型材料的可行選擇的許多場景。

1.當材料對熱敏感時

如前所述，水刀切割不使用強熱，產生的熱量幾乎可以忽略不計，因此非常適合切割熱敏材料，例如某些塑膠或複合材料。

使用等離子和雷射切割等其他方法切割熱敏材料可能會造成嚴重損壞，例如切割位置熔化、物理性能下降和翹曲。透過水刀切割加工這些材料可以消除這些風險，並實現乾淨、精確的切割。

此外，在許多應用中，物理和熱性能的下降會影響零件的功能，例如電路板、熱應用和導電零件。在這種情況下，水刀切割可以保持材料的完整性並切割工件，而不會產生與熱相關的損壞風險。

2. 當您需要複雜的幾何形狀時

水刀切割是一種實用的製造技術，因為它可以精確地創建複雜的形狀。它以沿著曲線或弧線精確切割而聞名，可以生成圓形、卵形和橢圓形。

• 它可以為室內和裝飾物品創建複雜的圖案，並且只需要實用的設計（3D）。
• 水刀切割可以實現微小的孔、通道、空腔和其他複雜的內部特徵。
• 水刀切割可以用單塊材料製造多個零件，並促進複雜的組裝。

總之，對於許多需要精確和複雜形狀的應用來說，它是一個不錯的選擇。水刀加工可輕鬆維持約 0.12 毫米的公差（Dey，2020）。

3. 當材料極為堅硬時

切割極硬的材料具有挑戰性，例如淬硬鋼、鈦、碳化矽、鎳基高溫合金、碳複合材料、石材、陶瓷等。使用數控銑削和其他傳統技術加工這些材料會導致磨損 切割工具 以及對工件的物理損壞。

水刀切割可以精確切割幾乎所有硬質材料（鑽石除外），且無損壞風險。選擇水刀切割硬質材料的另一個原因是它不存在碎片散落的風險。它可以切割厚度範圍為 10-12 英吋的硬質材料（Dey，2020）。

4. 每當您需要加工薄材料片時

使用數控銑削、等離子切割、雷射切割等技術切割薄板會導致切割位置變形和扭曲。相較之下，水刀切割可以在薄材料板上進行精確切割，而不會產生這些影響。

受影響區域是薄工件切割和成形時的另一個缺點。與厚板相比，薄板可能會受到嚴重損壞，導致熔化。因此，在這種情況下，具有受控壓力的狹窄水流是理想的選擇。

5.材料厚度不一致

在加工工件時，由於數控銑削、雷射切割、等離子切割等方法的厚度不一致，需要多次切割。相比之下，水刀切割可以一次切割。

在許多應用中，零件可能需要具有不同的厚度。可以使用數控水刀技術製造此類零件。其他方法仍然可以做到這一點；然而，它們可能不太準確且更混亂。

6.每當材料非常厚時

使用其他方法加工厚工件比較複雜。例如，等離子和雷射切割需要大量能量，這可能非常昂貴。同時，水刀切割可以透過調節壓力和磨料顆粒來加工厚工件。然而，厚度限制取決於特定材料的硬度。鈦等硬質材料的厚度可達 10-12 英寸，而泡沫等軟質材料的厚度可達 2-3 英尺（Schlick，2022）。

此外，可切割材料的厚度由水柱的壓力決定。透過簡單的壓力泵控制即可改變水壓（最高 900 MPa）。接下來，可以將高磨蝕性顆粒與水混合來切割厚工件，或增加磨蝕性顆粒濃度也可以起到類似的作用。

7. 當您需要大量生產時

水刀切割不可能具有成本效益 小批量生產 與傳統程序一樣，特別是在高精度不是關鍵要求的情況下。然而，它顯著降低了大批量生產的成本。您可以針對多種應用來處理具有高重複性和尺寸一致性的材料。

8.非導電材料的切割

水刀切割可以是切割非導電材料的良好解決方案，因為它在切割過程中不會產生熱量。相反，材料的電導率影響雷射和等離子切割的品質。在使用這些技術加工非導電材料時，切割可能會很粗糙且不一致。

 

何時不使用水刀切割方法？

我們已經討論了水刀切割是材料切割和成型的理想選擇的各種情況。在某些情況下不適合使用此方法。

• 木材和紙製品等對水和濕氣敏感的材料會吸收水分並改變物理特性。
• 水刀切割可能不適合該應用，因為它需要極高的精度。在這種情況下，雷射切割可以做得更好。
• 由於需要專門的設備和設置時間，小批量生產的成本可能會更高。

磨料水柱加工

磨料水柱加工

這是一種將磨料與水混合來切削工件的加工方法。

磨料被高壓水的負壓吸入，並以混合液體的形式從噴嘴噴出。

切削能力高，適合切削鈦、陶瓷、金屬等難加工材料。它也用於加工汽車零件和新型飛機材料。用於水刀加工的CNC水刀加工機稱為「水刀」。

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水刀配置

• 超高壓水發生器
• 加工噴嘴
• 磨料供給裝置

 

超高壓水發生器

該泵浦發出300至600 MPa的超高壓。

加工噴嘴

它由硬質合金和鑽石等材料製成，可防止噴射磨損。

• 水刀加工時，請使用直徑約0.1～0.3mm的噴嘴。
• 磨料水柱加工時，使用約φ1mm的噴嘴

磨料供給裝置

在磨料水刀加工中將磨料與水混合的設備。

 

摘要

在本文中，我們解釋了水刀加工的好處以及混合磨料的各種方法。水刀加工作為一種不使用切割油、不產生粉塵、對環境友善、對工人友善的加工方法而受到關注。除了金屬加工外，由於其不易燃，它也用於發生災難時的救援活動。