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　　在削減成本的努力中，工程師和制造部門始終需要尋找新的優(yōu)勢(shì)。水刀技術(shù)向您提供了多種的功能和優(yōu)點(diǎn)。深入了解水刀技術(shù)，將使您有機(jī)會(huì)利用這些節(jié)省成本的切割設(shè)備。

　　除低成本切割外，水刀還被認(rèn)為是世界上功能多樣、增長(zhǎng)速度快的加工技術(shù)（根據(jù) Frost & Sullivan 和Market Intelligence Research公司的報(bào)告）。水刀在全球范圍內(nèi)廣泛用于高產(chǎn)量應(yīng)用。它與其它技術(shù)（銑床、雷射、EDM、等離子和刨床）相輔相成。水刀切割不使用有毒氣體或液體，不會(huì)產(chǎn)生有毒的物質(zhì)或蒸汽。水刀切割表面不留任何HAZ或機(jī)械變形。它是一種真正的多功能、高效率冷切割技術(shù)。

　　水刀已經(jīng)證明自己可以完成其它技術(shù)無(wú)法處理的工作。從在石材、玻璃和金屬上切割極薄的細(xì)節(jié)，在鈦合金上快速鉆孔，切割食品、直至對(duì)飲料和溶液進(jìn)行殺菌消毒，水刀已經(jīng)證明了它的價(jià)值。

    【水刀的歷史】

　　Norman Franz 博士一直被公認(rèn)為水刀之父。他是研究超高壓（UHP）水刀切割工具的人。超高壓的定義是高于 30000 psi。Franz 博士是一名林業(yè)工程師，他想尋找一種把大樹干切割成木材的新方法。1950 年，F(xiàn)ranz 次把很重的重物放到水柱上，迫使水通過(guò)一個(gè)很小的噴嘴。他獲得了短暫的高壓射流（多次超過(guò)了現(xiàn)在使用的壓力），并能夠切割木頭和其它材料。他后來(lái)的研究涉及更為連續(xù)的水流，但他發(fā)現(xiàn)獲得連續(xù)高壓非常困難。同時(shí)，零件的壽命也以分鐘計(jì)算，而不是的數(shù)周或數(shù)月。

　　Franz 博士從沒制造出一種量產(chǎn)的木材切割器。而木材切割卻是超高壓技術(shù)不重要的應(yīng)用之一。但 Franz 博士證明了高速會(huì)聚水流具有極大的切割能量－這種能量的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了 Franz 博士的夢(mèng)想。

　　1979 年，Mohamed Hashish 博士在福祿研究室工作，開始研究增加水刀切割能量的方法，以便切割金屬和其它硬質(zhì)材料。Hashish 博士被公認(rèn)為加砂水刀之父，他發(fā)明了在普通水刀中添加砂料的方法。他使用石榴石（砂紙上常用的一種材料）作為砂料。憑借這種方法，水刀（含有砂料）能夠切割幾乎任何材料。1980 年，加砂水刀次被用于切割金屬、玻璃和混凝土。1983 年，世界上套商業(yè)化的加砂水刀切割系統(tǒng)問(wèn)世，被用于切割汽車玻璃。該技術(shù)的批用戶是航空航天工業(yè)，他們發(fā)現(xiàn)水刀是切割軍用飛機(jī)所用的不銹鋼、鈦和高強(qiáng)度輕型合成材料以及碳纖維復(fù)合材料的理想工具（現(xiàn)在已用于民用飛機(jī)）。從那以后，加砂水刀被許多其它工業(yè)采納，例如加工廠、石料、瓷磚、玻璃、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、建筑、核工業(yè)、船廠等等。

    【水刀分類：】

　　水刀分為純水水刀和加砂水刀。二者均有經(jīng)驗(yàn)證的獨(dú)特性能。

　　【純水水刀】

　　純水水刀是早的水切割方法。次商業(yè)應(yīng)用始于二十世紀(jì)七十年代中期，用于切割瓦楞紙板。純水水刀的應(yīng)用是切割拋棄式尿布、棉紙和汽車內(nèi)飾件。對(duì)于棉紙和拋棄式尿布，與其它技術(shù)相比，水刀技術(shù)在材料上留下的水分少。在某些尿布或棉紙工廠中，意外停機(jī)時(shí)間對(duì)其他切割技術(shù)而言非常普遍，代價(jià)超過(guò)每小時(shí)20000美元。而水刀則為這種應(yīng)用提供全年不斷的連續(xù)運(yùn)行－維護(hù)操作可被納入生產(chǎn)過(guò)程中。

　　【純水水刀的特點(diǎn)】

　　非常細(xì)的水流（常見直徑范圍：0.004至0.010英寸）
　　非常詳細(xì)的幾何形狀
　　非常少的材料切割損失
　　切割時(shí)不產(chǎn)生熱量
　　切割厚度可以很大
　　也可切得很薄
　　切割速度快
　　能夠切割軟、輕質(zhì)材料（例如厚達(dá) 24"的纖維玻璃絕緣材料）
　　極小的切削力
　　夾具簡(jiǎn)單
　　每天 24 小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行

　　【純水水刀切割刀頭】

　　如前文所述，基本水刀流程包括水從幫浦流出、通過(guò)管道并從切割刀頭輸出。

　　在水刀切割中，材料去除過(guò)程可稱為超音速侵蝕技術(shù)。除下材料微粒的不是壓力，而是水流的速度。壓力和速度是兩種截然不同的能量形式。但幫浦的水壓是如何轉(zhuǎn)換成另外一種能量形式（即水速）的呢？答案是一塊小巧的寶石。在管子的末端裝有一塊寶石。寶石中有一個(gè)很小的孔。高壓水穿過(guò)這個(gè)細(xì)小的開口流出，從而把壓力轉(zhuǎn)化為速度。在大約 40000 psi 時(shí)，流出噴嘴的水流以 2 馬赫的速度運(yùn)動(dòng)。在 60000 psi 下，其速度超過(guò) 3 馬赫。

　　對(duì)于普通切割，純水水刀噴嘴的直徑范圍為 0.004 到 0.010英寸。用牽引車來(lái)回移動(dòng)噴嘴以沖刷混凝土?xí)r，常用的是單個(gè)大號(hào)噴嘴，直徑 1/10 英寸。

　　三種常用的噴嘴材料（藍(lán)寶石、紅寶石、鉆石）各有其獨(dú)特屬性。藍(lán)寶石是現(xiàn)在常用的噴嘴材料。它是人造單晶寶石。它的水流品質(zhì)相當(dāng)好；在好的水質(zhì)條件下大約有50到100小時(shí)的切割壽命。在加砂水刀應(yīng)用中，藍(lán)寶石的壽命是純水水刀應(yīng)用的 1/2。通常情況下，藍(lán)寶石的價(jià)格在 15 到 30 美元/塊之間。

　　紅寶石也可用于加砂水刀應(yīng)用。其水流特性非常適合加砂水刀，但并不太適合純水水刀切割。其成本與藍(lán)寶石大致相同。

　　鉆石的使用壽命長(zhǎng)得多 （800 到 2000 小時(shí)），但價(jià)格卻要高10到20倍。鉆石在需要每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行的情況下非常有用。與其它類型的噴嘴不同，有時(shí)可以對(duì)鉆石進(jìn)行超聲波清洗，并重復(fù)使用。

    【加砂水刀】

　　加砂水刀與純水水刀只有幾點(diǎn)不同。在純水水刀中，由超音速水流侵蝕材料。在加砂水刀中，由水射流加速砂料顆粒，然后由這些顆粒（而非水）侵蝕材料。加砂水刀的能力比純水水刀強(qiáng)大成百上千倍。純水水刀和加砂水刀都有其用武之地。純水水刀可切割軟質(zhì)材料，而加砂水刀則切割硬質(zhì)材料，如鋼材、石材、復(fù)合材料和陶瓷。使用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的加砂水刀能夠切割硬度等于（甚至稍稍超過(guò)）氧化鋁陶瓷（常常稱作礬土，AD 99.9）的材料。我們將在下面介紹加砂水刀的特點(diǎn)，以及加砂水刀切割刀頭的工作方式。

　　【加砂水刀的特點(diǎn)】

　　極為通用的技術(shù)
　　無(wú)HAZ
　　無(wú)機(jī)械應(yīng)力
　　易于編程
　　水流細(xì)（直徑 0.020 到 0.050 英寸）
　　可切割非常復(fù)雜的幾何形狀
　　薄材料切割
　　10 英寸厚度切割
　　堆積切割
　　材料切割損失非常少
　　夾具簡(jiǎn)單
　　切割力?。ㄇ懈顣r(shí)低于 1 磅）
　　對(duì)幾乎所有加砂水刀作業(yè)都只需設(shè)置一次
　　可方便地從單切割刀頭切換到多切割刀頭
　　可快捷地從純水水刀切換為加砂水刀
　　減少了輔助操作
　　毛刺很少或無(wú)毛刺

　　【加砂水刀切割刀頭】

　　每臺(tái)加砂水刀都包括純水水刀。生成純水射流后加入砂料。然后砂料顆粒沿刀管被加速，就像步槍子彈那樣。

　　加砂水刀切割所用的砂料是經(jīng)專門篩選、大小一致的硬砂。常用的砂料是石榴石。石榴石質(zhì)硬、強(qiáng)度高并且便宜。像五金店中的粉紅色砂紙一樣，不同的大小用于不同的工作：

　　20 Mesh－產(chǎn)生平滑的表面
　　80 Mesh－常用，一般性用途
　　50 Mesh－切割速度比 80 Mesh快一點(diǎn)，但表面稍稍粗糙一些

　　刀管就像步槍槍管那樣加速砂料顆粒。類似噴嘴，刀管有許多不同的尺寸和使用壽命。刀管大約長(zhǎng) 3 英寸, 直徑 1/4 英寸；內(nèi)徑范圍從 0.020 到 0.060 英寸，常用的是 0.040 英寸。

　　盡管加砂水刀設(shè)備常常被視為操作簡(jiǎn)單的可靠設(shè)備，刀管需要得到操作員的關(guān)注。水刀技術(shù)的主要進(jìn)展就是發(fā)明了壽命很長(zhǎng)的刀管。不幸的是，長(zhǎng)壽命刀管比以前的碳化鎢管脆弱得多。如果切割刀頭碰到了夾具、重物或目標(biāo)材料，刀管有可能破裂。破裂的管子無(wú)法修復(fù)。目前，的系統(tǒng)配有防碰撞探測(cè)裝置，以保護(hù)刀管。