水刀切割綜合指南

「當談到數控水柱時，它意味著精度，以及手中的準確度。它是創建 2D 和 3D 功能原型的理想選擇。它提供可靠性和可重複性，並在短時間內生產從小批量到大批量的零件。

在流體動力工程中，數控水柱切割因其經濟、快速切割磨料和高密度金屬的方法而顯著增長，增幅高達 6.15%。此前，傳統技術如 線切割、雷射切割和等離子切割用於切割硬質材料。這些方法費力、耗時，且材料多樣性極低。 

因此，水刀切割透過為OEM製造商提供領先的步伐，將產品更早推向市場，並滿足客戶的要求。此外，水刀切割可適應複雜的幾何形狀和 3D 設計，並且可以切割多種材料而不影響其化學性質。一些例子包括：金屬、工程級熱塑性塑膠、玻璃和複合材料。此外，它還透過提供品質不一致且尺寸穩定的零件來實現功能和增強的最佳性能，從而促進汽車、航空航太、電子和國防工業的發展。 

本文重點介紹了水刀切割製程的巨大潛力、其應用、優缺點、切割能力等等。

什麼是水刀？

水柱是一種非接觸式侵蝕工藝，可切割高強度材料。它不使用熱能，而是使用高壓高超音速液體射流，與磨料混合以根據所需的形狀和設計製造產品。

水射流切割 

水噴射機的最佳運轉額定壓力為 690 MPa (1000,000 Psi)。此壓力透過專門的管孔或噴嘴以 900 m/sec（比聲速高三倍）的速度投射，以將材料切割成所需規格的零件。噴嘴的平均直徑通常在0.1～0.4mm左右。小直徑噴嘴有助於集中物體，而不會產生過多的材料浪費。這個過程是透過增壓器或曲軸幫浦組件完成的。此外，水刀適用於多種材料，例如金屬合金、半軟材料、塑膠、陶瓷和複合材料。 

水刀切割如何運作？

水刀切割工藝

水刀加工工藝 通常用於二維幾何。以下簡要介紹了水刀切割的工作原理。

• 從技術上講，水刀切割工藝是透過使用透過不銹鋼製成的孔口或噴嘴噴射的超高壓水刀來進行的。通常，在此過程中使用鑽石、藍寶石或紅寶石孔口將速度提高近約 2500 英里/小時。 
• 高速水流與磨料室（通常放置在切割頭組件中的孔口下方）結合以加速切割操作。一般來說，使用的磨料是石榴石砂，沿著水流牽引。
• 最後，這種組合有助於將尺寸穩定且精確的輪廓複製到目標材料上。水刀切割的整個過程由專門的數控系統軟體控制，消除變形和缺陷。

水刀切割的類型

在製造業中，有兩種​​類型用於切割磨料。這些包括; 

• 加砂水刀切割
• 純水刀切割

加砂水刀切割

磨料水刀切割是一種非熱處理製程。它是透過伴隨磨料（通常是石榴石、砂礫或氧化鋁）和水來進行的。這種組合會產生更強大、更無形、更連貫的流，以產生推進力，並切割硬質和層壓材料。

通常，OEM 設計師使用石榴石進行切割，因為其成本低廉且可用性前景良好。 Garnet 提供兩種產品可供選擇；壓碎和沖積。在這兩者中，石榴石來自採石場，而沖積石榴石是在河床中發現的天然礦床，經過篩選以使其可用於水噴射過程。與碎石榴石相比，它相對便宜且侵蝕性較小，並且易於加工，這使其成為需要光滑精細邊緣的理想選擇。

整體而言，磨料水刀切割 例如，適用於高強度、厚、拉伸材料；陶瓷、裝飾石材、岩石、金屬和塑膠。此外，可以透過使用磨料切割製程來獲得鋒利的骨材邊緣。 

純水刀切割

純水刀切割通常利用高壓純水流。這種無磨料的流加壓通過約 0.1 毫米的小直徑或鑽石孔。此孔口往往會使水流速度增加到聲速的近 3 倍。這種方法特別適合切割軟材料；例如;橡膠、泡棉、墊圈、食品和紡織品。與傳統方法、數控等離子和雷射切割不同，純水切割被認為是一種冷切割技術，這意味著在加工過程中不會產生熱量。

水刀切割製程的進步？

當今水刀切割中的數控系統徹底改變了這個過程。在這方面有兩種大用途的技術正在變得流行。這些都是;

• 5 軸水刀切割
• 錐度補償

5 軸水刀切割

水刀的一項進步是五軸水刀切割作為多軸方法。以前，由於需要大量編程和精確的規格，5 軸機床用於極其專業的詳細零件或產品。因此，它被認為是一種昂貴的水刀切割方法。 

但是，在這個時代，它因從 CAM 中精確獲取 3D 模型並快速將其切割成精確的特徵組件而受到認可。這些機器主要用於橡膠、纖維和合金等軟性材料。此外，5 軸機床透過在零件切割中添加有價值的加工來實現流程自動化。因此，它顯著減少了對體力勞動的需求。

錐度補償

錐度補償是為精確切割尺寸而出現的另一項進步。透過消除材料表面上形成錐形切口的風險，在較厚的材料上形成均勻的切口已變得流行。出現錐度的原因是切割速度快和水柱的自然發散。它通常使用三種方法來消除它們的形成。這些都是;幾何補償，其中調整和修改初始 CAD 設計。接下來，動態錐度補償。製造商在切割頭圍繞目標材料移動時調整切割頭的位置。此外，透過偏移切割路徑，設計者可以最大限度地減少錐度切割形成。此外，錐度補償對於實現低至 0.005” 的最佳公差非常有利。透過我們的指南了解有關切割設計的更多信息: 水刀切割設計指南.

雷射切割與雷射切割水刀切割：主要區別

雷射切割和水刀切割都廣泛適用於多種工業應用。這些用於準確刺穿各種高強度材料。以下是下表中提到的一些技術差異； 

表： 雷射與雷射的比較分析。水刀切割

相關： 雷射切割與雷射切割水刀切割：分析製造領域的能力

水刀切割的優點

水刀切割的優點 廣泛應用於各個製造領域。這些機器以其高重複性和準確性而聞名。它們與其他傳統技術的一些最常見的優點包括：

• 幾乎所有材料都可以透過水刀切割技術切割成形。
• 它可以生產出優質的邊緣，並且在此過程中不會產生任何廢料。
• 水刀切割是一種冷切割技術，在操作過程中不會產生熱影響區。
• 由於不受材料厚度的限制，它比其他傳統技術具有優越性。例如，100英尺的板材可以透過水刀切割進行精確切割。
• 它提供了一種多軸方法來穿孔材料。常見的例子包括： 5 軸機器。此外，無需任何工具或額外的刀具。
• 核心優點之一是它可以生產高精加工品質的零件，無需進一步加工。
• 標準水刀切割機可實現低至 0.005 英吋的嚴格公差。此外，透過水刀切割製程更容易創建 3D 形狀。
• 最重要的是，由於整個切割過程中使用過的水可以回收利用，因此這是一個環境可持續的過程。

水刀切割的局限性

此外，它在開始切割項目時也有一些缺點；這些包括;

• 某些風險；例如，孔口、錐度（V 形、倒錐度和桶形錐度）的損壞以及由於切口寬度較小而形成的空隙。因此，根據經驗，切口尺寸必須是水柱的 11.25 倍。 
• 水刀可能會導致被刺穿零件出現壓痕和分層問題。
• 用於切割的磨料會為該過程帶來額外的成本。但主要取決於材料類型、零件規格和預期用途。
• 為了獲得精確規格的零件，通常建議將孔內半徑保持在水刀的 2 倍，否則，會導致材料盲切和不均勻切割。
• 過度使用磨料可能會導致設備磨損，從而為製程帶來額外成本。
• 水刀切割裝置需要較高的初始投資。

水刀切割的工業應用

水射流加工應用廣泛分佈在多個產業。該技術的一些主要消費者包括航空航太、汽車、紡織、消費性電子和工業製造業。 

航空航天業

空氣動力產業主要使用水刀切割來成型飛機引擎內部和外部零件。通常，這些零件需要精確切割，以實現產品的功能和移動性。所以， 航空航天中的水刀切割 在產品的切割或成型中扮演主要角色；包括;噴射發動機、渦輪葉片、機艙內部面板和起落架的零件。

汽車產業

這種令人著迷的技術用於製造多種汽車零件。設計製造商使用自動水刀切割機在不同的汽車零件上獲得所需的切口。一些例子包括：車頂內襯、保險桿、銅頭墊片、客製化排氣系統的法蘭、汽車裝飾支架。 

建築行業

石材磨料水刀切割

水射流切割技術在藝術和建築行業中非常流行。不同的壁畫、大理石和石頭可以透過水刀精確地穿孔成藝術品。此外，設計工程師還可以將其用於金屬藝術品，例如；博物館藝術品、戶外、主題樂園和奇妙的閃電。 

電子行業

水刀切割可以降低電子元件的生產成本，從而使製造商受益。這些部件對熱操作高度敏感。因此，水刀切割機可以作為製造零件的解決方案；填充電路板、發電機組件、電梯控制面板和電梯型材切割。此外，它還有助於創建高品質的保護電子設備，例如 防水殼 用於戶外。 

醫療及外科行業

微型醫療工具需要精細的輪廓才能持續發揮作用。這樣，水刀切割對於製造這些有角度且精度要求高的零件非常有幫助。以下是透過水刀切割製程成型的一些組件；義肢形狀、雕刻碳支架、矯形器具、手術零件和肝臟切除術。 

玻璃工業

玻璃產業是水刀切割技術的主要用戶。它透過用染色玻璃、石英、最佳玻璃、硼矽酸鹽、熔融石英和平板玻璃成型各種複雜零件來提高生產率和邊緣質量，無需在快速週轉時間內進行額外處理。 

相關： 利用水刀切割技術的 5 大產業

水刀切割是否更適合您的專案？

製程相容性取決於多種因素。例如;零件規格、幾何複雜性、厚度和材料特性（如導電性、耐腐蝕性和耐用性），您可以根據指定項目切割成型。 

水刀切割應用實例 

一般來說，標準水刀加工可以切割多種材料，而不影響其表面特性。此外，此利用導致不產生熱影響區或產生很小的熱影響區以及細膩光滑的紋理光潔度。與雷射和等離子切割不同，它不會產生有害煙霧。 

此外，水刀切割機的每次切割都會透過 CNC 系統進行阻止。它遵循 G 代碼來精確地繪製輪廓。然而，存在翹曲和相關膠帶的風險。因此，為了做出明智的工藝選擇，始終建議尋求行業專業人士的協助。他們的指導可幫助您做出最佳的工藝選擇。仍然很困惑，這是我們的指南：  何時使用水刀切割製程？ 幫助您度過難關。 

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加起來

水刀加工 已成為製造業中最快的技術。它在短時間內使零件具有高重複性和尺寸精度。農業、醫療、玻璃、航空航太和汽車等許多製造業都因其經濟和環保的前景而利用它。 

然而，水刀切割過程至關重要，需要考慮某些因素才能獲得準確的規格，因為切割零件有時會留下痕跡，並在過程中面臨翹曲問題。因此，必須保持對製程參數和高壓流的精確控制。此外，還有許多其他選擇。例如雷射、等離子切割。這些技術在精度要求較高的項目中也廣為人知。因此，要做出適當的選擇，需要獲得有關其能力和限制的基本知識。本文從廣闊的前景包含了水刀切割的所有基本細節。透過閱讀，使用者可以獲得對流程能力和其他方面的寶貴見解。  

常見問題解答

Q1.水刀切割機的價格是多少？

成本因素取決於機器的品牌和功能。一台標準水刀切割機的成本約為 60,000-450,000美元。

Q2。水刀切割還有其他替代製程嗎？

還有其他工藝可以代替水刀切割。這些包括;

• 線切割機
• 等離子切割
• 氧燃料切割
• 激光切割

Q3。哪些金屬合金可以透過水刀切割刺穿？

各種合金牌號可以透過水刀切割機成型。鋁合金：5052、6061、7075；銅：260、C110；不銹鋼 304、316 和丙酮被認為是適合水柱切割的材料。 

Q4。水刀切割常見的問題有哪些？

製造商可能會遇到各種問題，例如翹曲、分層、錐度切割、水刀品質、磨料和噴嘴磨損。

Q5.水刀中如何添加磨料？

一般來說，儲存在料斗中的磨料（通常是石榴石）的容量約為。 2噸。磨料的自動控制量填充是透過水刀頂部的計量鬥進行的。結果，水刀穿過混合磨料室，產生文丘里效應。這種效果會拉動磨料黏附在水流上。然後，將該混合物引導至焦點噴嘴中以進行水刀切割操作。

資源中心

1. 普雷德拉格·揚科維奇，（2019）， 磨料水刀技術在土木工程的應用;從...獲得： 研究之門.
2. 安德魯·J·傑斐遜， 霍姆·納特·達卡爾， (2018)，磨料水柱切割：取自： 科學直接。