液体喷射加工：原理与应用

1.工作原理及装置

液体喷射加工又称水刀和水射流，它是利用经水泵及增压器产生高速液体束流或固体微粒的冲击力，再通过一个极细的红宝石喷嘴，以高速对工件进行切割（或打孔）。喷射加工一般分为液体喷射加工和磨料喷射加工，前者发展较快，应用较广，液体喷射加工装置如图3-63所示。

2.加工形式

从水质上分，液体喷射加工形式分为纯水切割和加磨料切割；从结构形式上分可有多种形式，如2～3个数控轴的龙门式结构和悬臂式结构，这种结构多用于切割板材；5～6个数控轴的机器人结构，这种结构多用于切割汽车内饰件和轿车的内衬等。

图3-63 液体喷射加工装置

（1）纯水切割 它利用压力为200×10⁶～400×10⁶Pa（最高可达1500×10⁶Pa）的高压水，从孔径为0.05～0.4mm的蓝宝石或金刚石喷嘴孔中以每秒数百米至一千米以上的高速喷出，形成一股高能量密度的射流冲击工件，使材料破碎而去除。割缝约为0.1～1.1mm。主要用于切割各种非金属材料，如塑料、橡胶、石棉、石墨、木材、胶合板、石膏、水泥、皮革和纸板等。切割厚度为几毫米至几十毫米，取决于使用的喷射压力和材料的性质。图3-64为水切割加工照片。

液体喷射切割的主要特点是：①切缝小，一般为0.08～0.4mm；②切割速度高，如切割厚度为6.4mm，胶合板的切割速度达1.7m/s；③切屑被液体带走，不致粉尘飞扬，因而能避免环境污染。液体喷射还可用于穿孔、切割薄金属材料、金属零件去毛刺和表面清理等。

图3-64 水切割加工

（2）加磨料切割 一定压力（2×10⁶～13×10⁶Pa）的气体（空气、氮或二氧化碳）和磨料粉末（直径为10～50μm）混合后从直径为0.1～1.2mm的喷嘴小孔中高速喷出，利用磨料的冲击破坏作用去除工件上的材料。割缝约为0.8～1.8mm。一般使用刚玉或碳化硅磨料，有时还使用玻璃小珠（用于表面抛光）和碳酸氢钠（用于表面清理）。磨料的粒径一般为40～70目，磨料的硬度越高粒径越大，切割能力也越强，喷嘴孔材料采用硬质合金或蓝宝石。喷嘴一般做成笔杆手柄式，便于手工操作；也可将喷嘴安装在夹具上，采用样板导向、缩放仪导向或其他控制装置进行自动化大批量生产。

磨料喷射加工主要用于：①切割玻璃、石英、锗、硅、镓、云母、钨和钛合金等材料的薄片，或开窄槽、打小孔；②使玻璃表面毛化；③从零件表面去除脏物、杂质、氧化层、绝缘层或其他涂层和镀层，以及去除毛刺等；④对集成电路的电阻、电容进行微调。

喷嘴材料及工作条件见表3-6，工艺参数见表3-7和表3-8。

表3-6 喷嘴材料及工作条件(www.xing528.com)

表3-7 水喷射加工常用工艺参数

表3-8 几种材料高压水切割参数

3.加工精度

液体喷射加工精度为0.1～0.25mm，切割精度取决于机器精度、切割工件尺寸范围及切割工件的厚度和材质，通常机器的系统定位精度为0.01～0.03mm。

4.用途

1）切割非可燃性材料，如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料，这是热切割无法加工的材料，图3-65为水切割加工样品。

2）切割可燃性材料，如钢板、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛刺，而水切割加工不会产生燃烧区和毛刺，被切割材料的物理、力学性能不发生改变，这也是水切割的一大优点。

3）切割易燃易爆材料，如弹药和易燃易爆环境内的切割，这是其他加工方法无法取代的。

图3-65 水切割加工样品