水切割的原理及應(yīng)用 科目：先進(jìn)制造系統(tǒng)導(dǎo)論專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)：110606423姓名：XXX水切割的原理及應(yīng)用摘要：水切割也稱(chēng)水射流切割或水刀切割。高壓水射流切割是一種特殊的加工方法。它利用增壓器將水加壓，達(dá)到10MPa一400MPa甚至更高的壓力。水獲得壓力能，再?gòu)募?xì)小的噴嘴噴射而出，將壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，從而形成高速射流。切割正是利用這種高速射流的動(dòng)能對(duì)工件的沖擊破壞作用，達(dá)到切斷、成形的目的。高壓水射流既不同于傳統(tǒng)加工的銑、刨、磨、削，也有別于一般的剪切和沖裁。它屬于高能切割。高壓水射流切割就是把高壓水射流的動(dòng)能作為切割能，對(duì)材料進(jìn)行沖蝕和擠壓、破壞，以達(dá)到切割的目的的一種新工藝。它最大特點(diǎn)是非熱源的高能量射流束加工，切割過(guò)程中無(wú)熱產(chǎn)生，故可以切割所有的金屬和非金屬材料，特別是各種熱切割方法難以切割的材料。具有：切口快、切口平整、無(wú)塵埃、無(wú)熱變形、無(wú)污染、減少材料浪費(fèi)等特點(diǎn)。可切割：鈦合金、銅板、鋼板、鋁板、鑄鐵、花崗巖、大理石、瓷磚、化纖、木材、布匹、紙張、皮革、塑料等材料。已應(yīng)用于航空、軍工、石材、建筑、裝潢等精加工領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：水刀，超高壓，高能量，安全，成本低，無(wú)污染，高速度，精加工。水在人們的概念里往往是“柔”、“軟”的代表，然而自古就有水滴石穿之說(shuō)。以柔克剛水滴石穿給水賦予了新的定義，如今利用柔軟的水也能夠進(jìn)行切割物體了，不論是純鋼的鋼板還是堅(jiān)硬的石頭，在水刀面前變得輕而易舉。高壓水射流加工技術(shù)正是利用與水滴石穿相同的原理，把動(dòng)量加大，縮短時(shí)間，達(dá)到斷石、斷鐵、切割的目的。人們?cè)诤茉绲臅r(shí)間就開(kāi)始利用很高壓力的水進(jìn)行材料的加工和切割。1870年前后，美國(guó)在加利福尼亞的金礦中用增壓后的水流開(kāi)采礦石，俄國(guó)人也曾用水采煤。在上世紀(jì)60年代，密蘇里大學(xué)林業(yè)系的諾曼·弗朗茲教授發(fā)明了高壓水射流的切割實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置的核心是一個(gè)單缸增壓器，壓力可以達(dá)到344.7MPa(s000opsi)，用這樣的高壓水可以來(lái)切割木材。這一裝置引起包括著名的依格所爾公司在內(nèi)的許多壓力設(shè)備制造商和研究單位的興趣。1971年第一臺(tái)商用水切割試驗(yàn)機(jī)在杰克遜的阿爾頓紙品公司投入應(yīng)用，用于切割層壓紙管，并且可以在紙管上切出各種形狀。高壓水切割技術(shù)的真正的商品化應(yīng)用是上世紀(jì)80年代初洛克韋爾飛機(jī)公司用水切割機(jī)來(lái)切割BI轟炸機(jī)的欽合金零件，可以節(jié)約成本50%。目前許多國(guó)外的公司用高壓水切割各種材料，甚至用于軍艦制造。普通的加工方式即利用硬度較強(qiáng)的金屬制作刀具，在主軸的高速轉(zhuǎn)動(dòng)下帶動(dòng)刀具進(jìn)行切割多余材料來(lái)達(dá)到加工目的，然而由于，這種方式是用硬的材料來(lái)切軟的材料，那么較硬的材料采用這種方式就會(huì)比較難加工，況且加工過(guò)程中，產(chǎn)我國(guó)的水射流技術(shù)起步于上世紀(jì)50年代，主要用于采礦業(yè)。到1980年以后，開(kāi)始引進(jìn)超高壓水射流設(shè)備，進(jìn)行仿制和自主的研究開(kāi)發(fā)，用于航空復(fù)合材料的切割。同時(shí)，在船舶工業(yè)，水射流主要用于清洗、除銹。1993年我國(guó)正式推出第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)高壓(最大壓力392MPa)磨料水射流切割設(shè)備。自上世紀(jì)90年代開(kāi)始，我國(guó)的高壓水射流設(shè)備發(fā)展很快，從小功率到大功率、從單機(jī)到成套設(shè)備、從高壓到超高壓，從通用設(shè)備到專(zhuān)用設(shè)備，新產(chǎn)品不斷開(kāi)發(fā)，促進(jìn)了高壓水射流技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。水射流技術(shù)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域十分廣泛。一般包括工業(yè)切割、挖掘、開(kāi)采和鉆探、巖石切割和掘進(jìn)、表面清洗、材料破碎等。水射流技術(shù)在切割方面的應(yīng)用水射流應(yīng)用于造紙業(yè)、橡膠業(yè)，而加砂水刀則可應(yīng)用于石材業(yè)、陶瓷業(yè)、航空航天業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)、金屬加工業(yè)。尤其值得一提的汽車(chē)制造業(yè)，隨著近幾年中國(guó)汽車(chē)業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各大汽車(chē)生產(chǎn)廠商產(chǎn)值的擴(kuò)大，車(chē)型的不斷更新，生產(chǎn)周期的縮短，對(duì)配套的汽車(chē)內(nèi)飾件（如汽車(chē)地毯、儀表板、頂蓬等）廠家來(lái)說(shuō)，早期手工加工汽車(chē)內(nèi)飾件的切邊及打孔的方法、由于效率低下、產(chǎn)品精度差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，顯然已不能滿(mǎn)足當(dāng)前汽車(chē)業(yè)發(fā)展的需求。此時(shí)，與機(jī)器人相結(jié)合的的水射流設(shè)備脫穎而出。高壓水管以螺旋形繞在機(jī)器人手臂上，利用機(jī)器人手臂和手腕可使水射流頭的噴嘴快速沿直線或弧線運(yùn)行，達(dá)到3維加工內(nèi)飾件的目的。

水射流技術(shù)在工業(yè)清洗方面的應(yīng)用水射流技術(shù)可應(yīng)用于汽車(chē)業(yè)噴漆房清洗、石化業(yè)熱交換器內(nèi)外管清洗、飛機(jī)跑道的橡膠清洗、工業(yè)上除銹防蝕工程表面處理、航天工業(yè)引擎零件清洗、核能發(fā)電廠清除輻射污染等。近幾年，國(guó)外已有公司通過(guò)超高壓技術(shù)，將其應(yīng)用于食品殺毒達(dá)到食品保鮮的目的，并成功打入食品保鮮行業(yè)（如美國(guó)著名的HEMELL公司已使用超高壓設(shè)備進(jìn)行食品保鮮），取得了良好的口碑。水射流可用來(lái)清洗汽車(chē)、高層建筑物、飛機(jī)場(chǎng)跑道、化工廠換熱器等，近年來(lái)這類(lèi)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速。各種清洗機(jī)和清洗設(shè)施相繼問(wèn)世，并大量投放市場(chǎng)，各種清洗公司和服務(wù)公司也相繼成立，為用戶(hù)提供服務(wù)。

美國(guó)密蘇里?羅拉大學(xué)的最新研究表明，高壓水射流在使用上還有很大潛力，它可將煤粉碎成細(xì)小顆粒，以便進(jìn)行清洗和生產(chǎn)清潔的燃料，還可用水力制漿法分離木纖維。

2002年，美國(guó)FLOW公司將超高壓技術(shù)帶入了一個(gè)革命性的階段，發(fā)布了最高壓可達(dá)87000mpa的超高壓水射流設(shè)備，在大大提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)，使用成本也較之以前下降40%。隨著對(duì)水射流技術(shù)不斷研發(fā)、提升、應(yīng)用，其發(fā)展和使用前景將無(wú)可限量。

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