水射流加工——工作原理、应用、优势

什么是水射流加工？

水射流加工 (WJM)，也称为水射流切割 ，是一种非传统的加工工艺，它使用高速水射流从工件表面去除材料。

在这个过程中使用了水射流，它作为一种水锯形式的装置。在此过程中，水迅速上升并聚焦在目标工件上。

它能够在高速和高压下使用混合在水射流材料和一些金属中的磨料颗粒。有些工艺完全不使用磨料，称为纯水射流加工工艺。

该加工过程使用的水压范围为 200 MPa 至 400 MPa。压力根据要从中提取材料的工件而变化。这个过程类似于水蚀的自然现象。

它主要用于去除塑料、橡胶和玻璃等非金属和软工件上的材料。在此过程中，使用高速水射流从工件上去除材料。该工艺的基本原理是水射流的动能必须转化为压力能才能将材料从工件上去除。

当水射流与具有动能的工件碰撞时，动能转化为压力能。这种加压能量会对工件产生应力，结果，受拉材料将开始远离工件。

水射流加工工作原理

水射流加工的工作原理是基于水蚀 .当高速水射流撞击表面时，材料会被排出。使用纯水射流加工软材料。然而，为了切割坚硬的材料，一些磨料颗粒与水混合进行加工，这被称为 AWJM （磨料水射流加工）。

喷水加工零件

水射流加工 (WJM) 的关键要素是水射流，

1 . 水库

一个水库 用于储存将在加工过程中使用的水。水库通常位于整个装置的上方。

这样做是为了确保水的连续不间断流动。

2.液压泵

液压泵 由 30 千瓦 供电 (kW) 电动机并在高达 117 bar 的压力下供油 为了驱动往复式柱塞泵，称为增压器。液压泵为水射流切割和清洁应用提供了完全的灵活性。它还支持单个或多个切削工位，以提高加工效率。

3.液压增压器

增强剂 接受低压（通常为 4 bar）的水，并通过蓄能器将其排出，压力高达 3000 至 4000 bar .增压器将来自低压液压流体的能量转换为超高压水。液压系统为增压器中心部分的往复活塞提供流体动力。

4 . 蓄能器

累加器 保持高压水的连续流动并消除压力波动。当增压器活塞改变方向时，它依靠水的可压缩性（3800 bar 时为 12%）来保持均匀的排放压力和水射流速度。

5. 高压油管

高压油管 将加压水输送到切割头。典型的管径为 6 至 14 mm .该设备允许切割头灵活移动。切割动作可以手动控制，也可以通过专门为此目的设计的遥控阀来控制。

6 . 喷嘴

在水射流加工中，它是将水的压力能转化为动能的装置。 喷嘴 在这种情况下，将水射流的压力转换为高速水射束。为防止腐蚀，喷嘴尖端由红宝石或金刚石制成。

7.控制阀

这个控制阀 调节水的压力和流量，并将其引导至流量调节器。此时压力能将转化为动能。

8. 流量调节器

流量调节器 调节来自控制阀的水流量。调节流量调节器后，水将通过喷嘴，将水的高压转化为高速水。

9 . 捕手

捕手 用作收集水射流中夹带的加工碎屑的储存器。此外，它降低了噪音水平 (105 分贝 (dB)) 与水射流的速度从 3 马赫降低到亚音速水平有关。

水射流加工原理

首先，一个泵 用于高速输送水。水以低压进入增压器，并以约3800 bar的高压输送到蓄能器 .蓄能器是一种临时储存高压水的装置。

累加器 高压水被传送到一个控制阀，控制水的方向。控制阀将水压能转化为动能，将高压水转化为高速水，再送入流量调节器。

流量调节器 调节水的流速并将其引导至喷嘴。水的动能在喷嘴中显着增加，喷嘴产生高速水。

然后水从孔中流出并流向工件。当水射流到达工件时，动能转换回压力能，工件处于全压状态。

这种来自水射流的压力会导致水射流自行车所在的工件部分出现一些断裂，以及在工件表面产生一些裂缝，随着水射流继续撞击工件表面持续时间一段较长的时间。裂纹会加深，材料会从工件上脱落。

提取的物质被水带走。去除材料后，将切割材料的水收集起来以备后用。使用此过程切割的部分切屑将存在于该水中的材料中。这些水将被送去进一步净化，或者在整个喷射加工过程中重新组装。

水射流加工的优缺点

优势

• 具有多向切割能力。
• 不产生热量。
• 无需预先钻孔，即可在任何位置开始切割。
• 工件材料的润湿极少。
• 工件的其余部分没有变形。
• 产生的毛刺极少。
• 该工具不会磨损，因此不需要磨刀。
• 该过程对环境安全。
• 消除了使用其他清洁方法时常见的有害空气粉尘污染和废物处理问题。
• 有多个头处理。简单的夹具消除了昂贵和复杂的工具，这
  缩短周转时间并降低成本。
• 无需打磨抛光，减少二次操作
  费用。
• 当切割多个零件时，狭窄的切口允许紧密嵌套
  一个空白。
• 它非常适合粗加工以获得接近最终形状的材料。
• 它是激光反射材料（如铜和铝）的理想选择。
• 它可以更准确地切割软材料。
• 它可以切割非常厚的材料，例如 383 毫米的钛和 307 毫米的铬镍铁合金。

缺点/ 限制

• 由于维护要求高，不适合批量生产。
• 初始成本非常高。
• 这种工艺无法加工非常厚的材料。
• 它用于切割较软的材料，但 AWJM 可以切割较硬的材料以限制厚度。

水射流加工的应用

WJM 用于金属、纸张、布料、皮革、橡胶、塑料、食品和
陶瓷。它是一种通用且具有成本效益的切削工艺，可用作传统加工方法的替代品。它完全消除了热影响区、有毒烟雾、重铸层、加工硬化和热应力。

它是可满足各种工业需求的最灵活、最有效的清洁解决方案。通常，切割表面具有喷砂外观。此外，较硬的材料表现出更好的边缘光洁度。典型的表面光洁度范围从 1.6 µm 均方根 (RMS) 到非常粗糙，具体取决于应用。

薄材料的公差范围为 ±25 µm。产生的表面粗糙度和公差都取决于加工速度。

WJM 的应用是 :-

• 水射流加工用于切割、成型和简化各种行业的操作，包括采矿、汽车和航空航天。
• 橡胶、纺织品、塑料、泡沫、皮革、复合材料、瓷砖、玻璃石、食品、金属/纸张和其他材料通常通过水射流（WJM 或 AWJM）进行机械化处理。
• WJM 通常用于切割柔软且易于加工的材料，例如薄板和箔、木材、有色金属合金、纺织品、蜂窝、塑料、聚合物、皮革件、冷冻材料等。
• AWJM 经常用于加工难以加工的材料。它用于加工由钢、铝和其他商业材料制成的厚板、增强塑料、金属基和陶瓷基复合材料、层状复合材料、石材、玻璃等。
• 除了加工过程之外，高压水射流还用于去除油漆去除、手术、清洁、排尿和其他应用中的残余应力。钻孔、型腔铣削、车削和铰孔也可以使用 AWJM 完成。

水射流加工相关的一些问题

水刀切割有哪些产品？

水刀切割使企业能够制造出范围广泛的零件和产品。联锁硬件（螺栓、齿轮等）、汽车零件、电气元件、大型装配线项目和设计原型只是他们使用水射流切割制造的一小部分产品。艺术家也可以使用水刀切割来制作几何精确和/或复杂的艺术品。

水刀切割可持续吗？

水射流切割本质上是一种对环境有利的工艺。与传统的机械切割系统不同，水射流切割不需要冷却油或润滑油。这消除了处理受化学影响的芯片的需要。与等离子或激光等热技术不同，水刀在切割过程中不会产生有害烟雾。

石榴石磨料无毒且惰性，并且由于在切割过程中去除的金属很少，因此浪费的实际金属很少。这使得对环境的影响非常小。

水刀切割机的精度如何？

福禄水刀可以生产公差极小的产品；一些系统可以实现低至 0.001" 的公差。 （0.025 毫米）。水射流加工的零件公差通常在 0.003 英寸到 0.005 英寸之间。对于厚度超过 1 英寸的材料，机器将制造公差范围为 0.005 到 0.100 英寸（0.12 到 2.5 毫米）的零件。

由于控制和机器结构等技术的差异，制造商的公差差异很大。

水刀切割机的压力有多大？

水刀切割压力通常在 50,000 到 60,000 PSI 之间。许多较新的系统的压力达到每平方英寸 90,000 磅。然后水通过一个加工成钻石或蓝宝石的小孔排出，通常直径在千分之 5 到 15 英寸之间。产生的水流是超音速的，这意味着它的传播速度超过了音速。幸运的是，流速相对较低，大约为每分钟 1/2 加仑。

水射流切割有哪些安全问题？

水射流穿透皮肤、被飞溅的碎片击中以及暴露在噪音中都是与水射流加工相关的常见危险和问题。在密闭区域工作、跌倒危险、呼吸和眼睛危险、触电以及可能接触危险物质都是与高压水喷射相关的风险。

水射流加工多项选择题

问。水射流加工材料去除的关键要素是什么？
a) 工具架
b) 工件
c) 水射流
d) 电源
答案： C
解释： 水刀是用来切割工件和去除材料的一种。

问。以下哪项不属于水射流加工系统的一部分？
a) 传感器
b) 蓄能器
c) 喷射切割喷嘴
d) 液压泵
答案： 一个
解释： 换能器不是水射流加工的一部分，其他部件属于WJM。

问。水射流加工中水射流的速度是多少？
a) 100 米/秒
b) 300 米/秒
c) 700 米/秒
d) 900 米/秒
答案： d
说明：水射流加工中使用的水射流速度约为900 m/sec。

问。哪些类型的材料不能使用磨料喷射加工来加工？
a) 软材料
b) 硬质材料
c) 难以加工的材料
d) 没有提到的
答案： 一个
解释：软材料，如糖果棒、细软木等，不能使用 AJM 加工。

经常提问

水射流加工也称为

水射流加工 (WJM) 也称为水射流切割。它被定义为一种非传统的加工工艺，其中使用高速水射流从工件表面去除材料。 WJM 可用于切割较软的材料，如塑料、橡胶或木材。

磨料喷射加工如何去除材料

在磨料射流加工中，由高压空气或气体携带的磨料颗粒的聚焦流通过喷嘴撞击工作表面，并且工件材料通过高速磨料颗粒的侵蚀而被去除 .

水射流加工适用于哪些地方

WJM工艺已成功应用于切割、钻孔、去毛刺和剥线等不同的机械加工操作，还应用于表面处理、清洁、纹理和精加工等表面工程领域。

哪些行业使用水刀切割机？

工场
教育
航空
食品加工设备
检测
金属服务中心

谁发明了水射流切割？

诺曼·弗兰兹博士