為了降低生產(chǎn)成本，工程制造部門始終在找尋更優(yōu)越的切割方法。水刀技術(shù)賦有許多獨(dú)到的功能和優(yōu)點(diǎn)，能夠十分有效地降低成本。

水刀技術(shù)也是世上公認(rèn)的最通用的也是發(fā)展得最快的技術(shù)。相對其它切割技術(shù)而言，水刀不會產(chǎn)生有毒有害的氣體或液體，并且也不產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)或蒸汽。水刀加工后，在被加工件表面不會產(chǎn)生熱反應(yīng)區(qū)或者機(jī)械應(yīng)力殘留。水刀確實(shí)是一種萬能的、高產(chǎn)能的冷切割技術(shù)。

水刀的歷史

Norman Franz博士被尊稱為水刀之父。他第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了超高壓的瞬間迸發(fā)，把超高壓水射流技術(shù)作為切割工具來應(yīng)用。當(dāng)水的工作壓力超過30Kpsi時(shí)，便成為超高壓水射流。

在1979年，為福祿研究室工作的Mohamed Hashish博士著手于研究各種方法來加強(qiáng)水刀的切割能量。目的是要讓水刀可以切割金屬以及其他硬質(zhì)物質(zhì)。Hashish博士后來被稱為含砂水刀之父。他發(fā)明了在普通水刀中加砂的技術(shù)。他所用的是石榴石研磨砂。這是一種砂紙常用的研磨砂材料。用摻砂的方式，含砂水刀實(shí)際上能夠切割任何物質(zhì)。在1980年，含砂水刀第一次被應(yīng)用于切割鋼板、玻璃和混凝土。在1983年世界上第一臺商用含砂水刀切割系統(tǒng)被用來切割汽車玻璃。之后含砂水刀技術(shù)有被證實(shí)可被應(yīng)用于航空航天工業(yè)領(lǐng)域。航空航天工業(yè)者認(rèn)為含砂水刀是一種出色的工具，可以用來切割高強(qiáng)度材料，比如鉻鎳鐵合金，不銹鋼，以及鈦合金；也可以用來切割高強(qiáng)度輕質(zhì)復(fù)合材料，比如常用于軍用和商用飛機(jī)上的碳纖維。從那時(shí)起，含砂水刀就已經(jīng)被引見應(yīng)用于許多不同的工業(yè)領(lǐng)域。

無砂水刀及加砂水刀，兩者都有獨(dú)特的有利于現(xiàn)代工業(yè)加工的性能。

無砂水刀

無砂水刀是一種用水直接進(jìn)行切割的方式。早在1970年代，無砂水刀開始被商業(yè)應(yīng)用于切割瓦楞紙板。大量的用戶將無砂水刀應(yīng)用于切割紙尿布，薄棉紙，以及汽車內(nèi)飾上。在切割薄棉紙或者紙尿布時(shí)，無砂水刀作業(yè)所產(chǎn)生的少量水汽要比人為接觸或者呼吸所造成的水汽少許多。對于一般的非水刀式的切割工藝所造成的意外停機(jī)給紙尿布或者薄棉紙生產(chǎn)者造成了大量經(jīng)濟(jì)損失。而水刀設(shè)備可以為以上工業(yè)應(yīng)用提供全天，全周，全年的安全使用，保養(yǎng)操作都可以安排進(jìn)生產(chǎn)中。

◆ 無砂水刀的特點(diǎn)

非常細(xì)小的水射流（通常粗細(xì)在0.004至0.010英寸）；可以加工極復(fù)雜的圖形；切割時(shí)材料的損失非常有限；不是熱切割；可以切割非常厚的材料；也可以切割非常薄的材料；通常切割得非?？?；能夠切割軟的，會有反光的材料（比如，厚到0.24英寸的玻璃纖維的絕緣部件）；產(chǎn)生極其小的作用力；簡單的固定夾具；可全天候作業(yè)。

◆ 無砂水刀切割刀頭

基本上水射流形成的過程可以描述為水流通過泵，高壓管線，然后由噴嘴噴出。

在水切割工藝中，材料的切割過程可以描述成一種超音速刻蝕的過程。并不是因?yàn)閴毫?，而是由于水射流本身的速度才能切除材料上的?xì)微的部分和顆粒。壓力和速度是能量的兩種不同的形式。那么，水壓是如何轉(zhuǎn)變成水速這樣的能源方式的呢？答案在一片小小的寶石上。一塊寶石被粘在了高壓管的頂端。在寶石上，我們鉆了一個(gè)極小的孔。高壓水流在通過寶石孔時(shí)就將壓力轉(zhuǎn)變成了速度。40Kpsi壓力下水射流穿過寶石孔時(shí)產(chǎn)生2倍音速的流速；如果是60Kpsi的壓力下則可以產(chǎn)生3倍音速的流速。#p#分頁標(biāo)題#e#

對于標(biāo)準(zhǔn)切割作業(yè)而言，無砂水刀的寶石口口徑的范圍在0.004至0.010英寸。

通常有三種不同材質(zhì)的寶石噴嘴（藍(lán)寶石、紅寶石和鉆石）。每種材質(zhì)都有其獨(dú)特的性能。藍(lán)寶石是目前常用的寶石噴嘴材質(zhì)，它是一種人造的單晶體寶石材料。藍(lán)寶石噴嘴造出的水射流有較好的品質(zhì)，如果配合使用較好的水質(zhì)，其使用壽命可達(dá)50至100個(gè)工作小時(shí)。在含砂水刀的應(yīng)用中，藍(lán)寶石噴嘴的使用壽命比無砂水刀的少1/2左右。

紅寶石材質(zhì)的噴嘴也可以用于含砂水刀作業(yè)中。其造出的水射流特性非常適合于含砂水刀，卻不太適合無砂水刀。

鉆石噴嘴常用于使用壽命要求長的地方（比如要求800至2000小時(shí)的使用壽命）。其單價(jià)較高。鉆石噴嘴經(jīng)常用于全天候的作業(yè)環(huán)境。與其他寶石噴嘴不同，鉆石噴嘴有時(shí)也可以經(jīng)超聲波清洗后重復(fù)使用。

含砂水刀

含砂水刀與無砂水刀存在一些不同之處。無砂水刀通過水射流刻蝕材料。而含砂水刀通過水射流加速砂射流，用被加速后的砂射流去刻蝕材料。含砂水刀的能效是無砂水刀的成千上萬倍。當(dāng)然，無砂水刀和含砂水刀都有其各自的應(yīng)用領(lǐng)域。無砂水刀可切割較軟的材料，而含砂水刀則用于切割硬質(zhì)的材料，比如金屬、石材、復(fù)合材料以及陶瓷材料。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，含砂水刀可以切割硬度達(dá)到或稍稍超過氧化鋁陶瓷的材料（氧化鋁，AD99.9）。

◆ 含砂水刀的特性

超常的萬能切割技術(shù) ；無熱反應(yīng)區(qū) ；無機(jī)械應(yīng)力；容易編程控制 ；極細(xì)的水射流（直徑約0.020至0.050英寸）；可加工極其復(fù)雜的圖形 ；薄壁材料的加工 ；10英寸厚度的材料加工 ；層疊加工；切割時(shí)造成極少的切屑；工件固定夾具簡單 ；切割時(shí)的作用力?。ㄐ∮?磅）；只需裝一種刀頭，就可以加工幾乎所有的作業(yè) ；容易從單刀頭升級成為多刀頭 ；可快速地從無砂水刀切換成為含砂水刀；減少二次加工的操作；無噪音。

◆ 含砂水刀切割刀頭

所有含砂水刀系統(tǒng)中都有一套無砂水刀系統(tǒng)。研磨砂是在無砂水射流形成后再加入水射流中。然后，研磨砂就被加速，象來復(fù)槍膛里的子彈一樣，射出砂刀管。

含砂水刀所用的砂是一種硬質(zhì)砂，是特別篩選和按目數(shù)細(xì)篩后獲得的。最通用的砂是石榴石砂。石榴石砂是一種硬質(zhì)、耐磨且便宜的砂。就象五金商店里擺放的粉紅色砂紙一樣，不同目數(shù)的研磨砂用于不同要求的作業(yè)：120目——制造光潔的表面；80目——常用的，一般用途；50目——切割比80目要快點(diǎn)，當(dāng)然切割表面會毛糙點(diǎn)。

砂刀管就象來復(fù)槍管的作用一樣來加速研磨砂礫。砂刀管有如寶石噴嘴一樣有許多不同的尺寸和使用壽命。砂刀管一般約3英寸長， 1/4英寸粗細(xì)。其內(nèi)孔口徑約從0.020至0.060英寸不等。通常情況都是0.040英寸。

雖然含砂水刀設(shè)備操作簡單并且不易受損，還是需要提醒操作者小心使用砂刀管。含砂水刀的主要技術(shù)就是發(fā)明了這種真正擁有長使用壽命的砂刀管。不幸的是，這種長使用壽命的砂刀管卻比其原先基于鎢碳材質(zhì)的刀管更加易碎。如果切割刀頭運(yùn)動時(shí)碰到了夾具，重物，或者被加工材料的話，砂刀管就會斷裂。斷裂的砂刀管是不能修復(fù)的?，F(xiàn)在很多改進(jìn)的含砂水刀系統(tǒng)都配置了碰撞感測器來避免砂刀管的斷裂。

砂刀管口與被加工材料表面的距離通常是0.010至0.200英寸。距離大時(shí)（比如大于0.080英寸）就會造成被加工零件表面的切割邊緣出現(xiàn)霧化現(xiàn)象。許多水刀系統(tǒng)通過水下切割技術(shù)或其他相關(guān)技術(shù)來避免或消除這種霧化現(xiàn)象。 #p#分頁標(biāo)題#e#

含砂水刀的主要消費(fèi)品有：水、研磨砂、寶石噴嘴（通常是紅寶石的）、以及砂刀管。研磨砂和砂刀管是含砂水刀的獨(dú)特標(biāo)志。其他的消費(fèi)品在無砂水刀系統(tǒng)中也會用到。