磨料水射流切割

切割工艺

磨料水射流切割是指在较低的工作压力下，在纯水射流中加入一定数量的磨料颗粒，大大提高水射流的切割能力的工艺。

发展历程

早在20世纪60年代初，从高速飞行的飞机受到雨滴的侵蚀这一现象中得到启发美国、日本和前苏联等国家投入了大量的人力、物力研究开发水射流切割技术，经约10年的潜心钻研，美国于1971年设计制造了世界上第1台超高压纯水射流切割机（W JC）。将它应用到家俱制造行业中，取得了前所未有的经济效益。

鉴于纯水射流的切割能力较差，仅适用于布匹、木材、塑料及橡胶等软质材料的切割，这就促使人们去研究开发切割能力较大的磨料水射流切割，经11年的不懈努力，美国又于1982年设计制造了磨料花岗岩等几乎所有的材料。

随后英国及意大利等国也相继设计制造了磨料水射流切割机，我国也于1993年设计制造了磨料水射流切割机，投入实践生产中，取得了令人瞩目的成就。

切割原理

流体力学的运动规律表明，从喷嘴以每秒几百米的高速喷出的磨料水射流通常处于紊流状态，而紊流的最大特点是横向掺混，导致磨料水射流边界上的微细液滴与周围气体（空气）之间发生动量交换，从而把周围气体吸入到磨料水射流中去，并随同磨料水射流一起运动，促使磨料水射流的气体吸入量和横截面积沿射程的增大而增大，而射流速度则沿射程的增大而减小，所以磨料水射流就形成了向周围扩散的锥体流动场。由此可见，磨料水射流是由高速运动的含有气体及磨粒的水滴所组成的混合物。

由流体力学的有关知识可得，快速运动的磨料水射流具有极大的动能，当它接触到被切割的材料时，磨料水射流的动能瞬间就会为被切割材料吸收，具体表现为：第一是磨粒和水滴对被切割材料的冲击作用；第二是磨粒和水滴沿被切割材料表面的剪切破断作用（即切削作用）；第三是磨料水射流中的气体对被切割材料的侵蚀作用。在以上3点的的共同作用下，被切割材料破碎形成割缝，达到切割分离的目的。

实践生产经验表明，磨料水射流切割材料时，主要表现为磨料水射流对被切割材料表现的冲击破碎作用，并且当磨料水射流对被切割材料表现的冲击应力超过被切割材料表面的抗压力度时，被切割材料破碎形成割缝。

因此，磨料水射流的切割原理就是利用几十至几百MPa的磨料水（高压水中掺入磨料）通过特殊设计的孔径极小的喷嘴，以每秒几百米的高速喷出的磨料水射流的冲击、剪切破断（切削）及浸蚀作用来分割工件的。

切割磨料

水射流切割磨料，俗称“水刀砂”，分为天然磨料（如石榴石磨料）和人造磨料（如白刚玉磨料），目前国际通用材质为石榴石天然磨料，目前国内主产地在山东、江苏等地区。

大颗粒磨料质量大、不易被加速，小颗粒磨料质量小，被加速后其动能达不到较强的切割能力。只有合适的粒度奶油最强的切割能力。实验证明，人造白刚玉磨料的切割能力虽高于天然磨料，但对磨料混合管的磨损却是天然磨料的数十倍，而且价格昂贵。因此，选用国产的粒度为80目的石榴石水切割磨料比较适宜。

注意事项

选择磨料时一定要注意灰尘含量，如果灰尘、泥土过多，容易造成砂管堵头、砂管损伤、增加成本等结果：

1、砂管堵头。灰尘含量大的水切割砂容易出现受潮，造成磨料中灰尘、泥土固结成团的现象，导致砂管堵头，水出不来，反而会在输砂管出现膨胀甚至是漏水现象。需立即停机清理，防止砂管损伤。一吨磨料价值几百元，而一根砂管从几百到上千不等。

2、废砂难清理。在溜槽中的废沙经过积累沉淀，需要定期清理。如果所选磨料含有的灰尘量过高，则废沙很难清理，可能需要派专人用半天甚至是一天的时间专门来做清理工作。

3、无形增加采购成本。采购一吨磨料，如果里面含有五分之一的灰尘和过于细小的砂粒，相当于支付了二百斤灰尘和过细无效颗粒的成本，因为灰尘和过细的颗粒都是起不到切割和研磨的作用。

鉴别方法

将沙子和水以1:2的比例倒在一个矿泉水瓶里，用力摇晃，看水的浑浊度即可分辨磨料的清洁度。

工艺优势

利用磨料水射流切割工件，与传统的机械切割及火焰切割方法相比具有无可比拟的优越性，具体表现在以下几方面：

（1）切割效率高。利用磨料水射流切割工件时，通过数控进给系统的自动控制功能，可以将被切割工件的任一点设置为起割点，因此切割工件时编程具有很大的灵活性，可以根据被切割工件的大小、复杂程度及材料的形状尺寸等设置最短的切割路线，提高切割效率。

（2）切缝质量好。磨料水射流切割工件时，通过数控进给系统精确地驱动割枪运动、切割出的形状尺寸误差小，割缝仅1 mm左右，且切割断面平整光洁，无毛刺、挂渣、崩角及塌边等缺陷。

（3）材料利用率高。利用磨料水射流切割工件时，通过计算机将切割图形按材料最省原则排列，然后编程切割，切缝仅1mm左右，有利于节约贵重金属，能最大限度地提高材料的利用率，降低生产成本。

（4）通用性强。通过选用适宜的切割参数，如切割速度、磨料水射流量（或工作压力）及掺砂量等可以切割不同材质及不同厚度的工件，无需更换喷嘴，通用性特别强。

（5）切割时工件不发热。磨料水射流切割属于湿态高能量切割，由于磨料水的冷却作用，工件不会产生热变形及热影响区，特别适用于铝、铜、钛、锆及其合金等热敏感性材料的切割，尤其是采油平台，炼油厂，大型油、气储罐区及油、气输送管道等禁火作业区的安全切割。

（6）环保效果好。磨料水射流切割属于湿态高能量冷切割，不会产生有毒气体及灰尘等污染此外完成切割作业后的磨料水经集水箱收集后，经过滤及脱泡等净化处理后可循环利用。同样磨料经凉干和过筛等处理后也可重复使用多次，不会污染环境。

综上所述，磨料水射流切割机具有工作压力低，结构简单，设计制造方便，切割效率高，割缝质量好，产品形状尺寸误差小，割缝窄（约1 mm左右），材料利用率高，断面平整光洁，无毛刺、挂渣、崩角、塌边及无热变形等缺陷，并能对复杂工件实现智能化切割，是切割各种金属、非金属，尤其是切割铝、铜、钛、锆等热敏性材料的理想设备，同时也是切割玻璃、陶瓷、混凝土、大理石及花岗岩等难切割材料的较佳设备。

纯水切割区别

水的作用不同

虽然在实际中都是利用高速运动的水流对于材料进行切割，但是在纯水切割中，水是切割工具。而在磨料水切割中，高压水用于给磨料颗粒加速，在实际中起到切割作用的是磨料水刀砂。

切割材质不同

虽然利用高压发生器，可以达到很高的切割效率，但是纯水切割在切割比较硬的材质时，其速度还是不理想，这也是最初磨料水射流技术发展的基础。但是在有些领域，纯水切割要比磨料水切割有优势，比如纸质产品、压实材料、塑料、泡沫塑料、纺织品或食品等方面。而由于磨料水刀砂石榴石锋利的尖角和较大的硬度，在切割金属、岩石、玻璃或陶瓷等材质时，在速度和效果上要更好。可以说各有千秋，在不同的领域各有优势。

精度和深度不同

水切割如果没有石榴砂，那么无论是切割的精度还是深度都会大打折扣。实验室数据显示，如果不放磨料只能切割3mm的钛板，而且切出来是锯齿状的。加上石榴石水切割磨料后，可以轻松切割30mm的钛板，精度也非常准确。总而言之，虽然磨料水切割还是叫水切割，其实出力的是石榴砂。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省