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水刀究竟有多锋利?看看它切的东西你就明白了

制造原理 2020-09-09 22:22 发文

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来源:制造原理整理

什么是水刀
水刀也叫水切割,或者高压水射流切割技术,通过对水加压后以水为刀,切割物体的技术,最早用于航天航空工业,由于有其不改变被切割物品的物理化学性能,速度快,效率高,成本低等优点,现在广泛被应用于纤维,金属,陶瓷,玻璃,复合材料等行业中产品的切割。

水不仅有柔的一面,也有刚的一面,所以在中国古代就有滴水穿石的说法,认为世界上最锋利的物质就是水,再坚固的东西在水滴长年累月的拍打下都会被改变,也许是从这里得到了灵感,人们就开始用水来切割那些坚硬的物体。

这项技术最早被应用于采煤,采矿中,将水增压后形成高压水流,但这个水的压力相对还是比较小,像现在经常看到环卫工人使用水流清理路面上的小广告一样,相对来说水流压力并没有多大。

水刀的发展

上世纪40年代,美国人将水增压后从设计的细小喷嘴高速流出,并且能用于工业加工,也证明了水刀有较大的切割能量,这也是真正意义的水刀。

后来苏联人将水切割的压力增加到200MPa,能切割的物体就更多了。

到60年代末,开始在高压水流中增加金刚砂,石英砂等磨料,这样水刀的威力就更加巨大了,几乎可以切割任何坚硬的物体。

进入新世纪后,水刀的发展和应用更加迅猛,已经改变了整个切割加工行业,更是在向智能化发展,现在已经出现了三轴,四轴,五轴甚至机器人水切割。

水刀利用超高压技术可以将普通的自来水加压到300MPa ~ 500MPa压力,然后再通过内孔直径约0.05毫米的喷嘴喷射出来,形成速度约为800 ~ 1000米/秒的高速射流,该射流具有很高的能量,可用来切割软性材料,如果再在射流中加入适量的磨料,则几乎可以用来切割所有的软硬材料,因此,毫无疑问,水刀是目前世界上最锋利的“刀”。

水刀切割时产生的热量会立即被高速流动的水射流带走,并且不会产生有害物质,材料无热效应,还可实现任意曲线的切割加工。

水刀能够切割什么主要是由水压决定的,将水加压到30MPa以上就是低压水刀,可以进行一些简单的切割工作,加到100MPa就成了高压水刀,能满足大多数的切割工作,水压超过200MPa就是超高压水刀,甚至可以切开金刚石,并且切割的宽度只有几毫米,目前最高的切割压力可达到600MPa,国内的商业水切割设备一般运行压力在200MPa ~ 400MPa左右,最高达到了420MPa。

水刀工作原理
水要达到切割的压力,就需要增压泵给水加压,以达到想要的压力,从油泵出来的低压油,推动柱塞式液压缸往复运动将水增压。

另一方面,供水系统将水经过净化处理,然后由水泵打出低压水,进入增压器的低压水被增压后,压力升高,由于高压水是经过增压泵不断往复压缩后产生的,而增压泵的活塞又是往复运动的,就会造成喷嘴发出的水射流压力不稳定,为了满足稳定的高压水射流,就需要将产生的高压水存入一个蓄能器中,再由蓄能器向喷嘴供应稳定的水射流。

经过压缩后的水经过一个直径微小的宝石喷嘴射出,为了增加切割能量,在喷嘴处有磨料与水混合,磨料不能在高压水管路中添加,因为这样很容易将管路磨穿,喷嘴为了应对高水压,一般会用蓝宝石或红宝石喷嘴镶嵌在金属材料中,喷嘴根据电脑设定好的指令在轨道上移动,精确的在被切割物上喷射水流完成切割作业。

水刀成为工业界的加工工具后,就开启了新的切割加工历史,也被誉为下一个时代的工业趋势,你想知道水刀到底有多锋利吗?来看看那些号称世界上最坚硬的物体在水刀面前是怎么败下阵来的吧。

水刀在切割时出水压力有多猛,有人用水刀去切割橡胶滚轮,当水柱靠近时滚轮快速旋转,在水柱持续冲击下转动越来越快,轮子开始膨胀变大,最后炸裂弹开,原来水也如此暴力。

防弹玻璃够硬吧,多张防弹玻璃叠在一起,足有10厘米厚,在水刀面前轻松被撂倒。

自然界中最坚硬的材质是金刚石吧,可当世界上最硬的金刚石遇到世界上最锋利的水刀的时候,金刚石还是认怂了,瞬间被劈成两半,试问世界上还有水刀切不了的东西吗?

文中Gif截取自Youtube《60,000 PSI Vs 90,000 PSI Waterjet Cutting》《Bulletproof Glass vs 60,000 PSI Waterjet》《Cutting_a_HUGE_17_Carat_Diamond_with_60_000_PSI_Waterjet_-_With_Cody's_Lab》《Interesting - Exploding Skateboard Wheel With A 60,000 PSI Waterjet Cutter - Slow Motion Cutting》《NEW! High pressure water jet 500 bar》《Flow Waterjet Technology Overview》文中图片截取自《个人图书馆》

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