水刀已經證明自己可以完成其它技術無法處理的工作。從在石材、玻璃和金屬上切割極薄的細節,在鈦合金上快速鉆孔,切割食品、直至對飲料和溶液進行殺菌消毒,水刀已經證明了它獨一無二的價值。 【水刀的歷史】   Norman Franz 博士一直被公認為水刀之父。他是研究超高壓(UHP)水刀切割工具的第一人。超高壓的定義是高于 30000 psi。Franz 博士是一名林業工程師,他想尋找一種把大樹干切割成木材的新方法。1950 年,Franz 第一次把很重的重物放到水柱上,迫使水通過一個很小的噴嘴。他獲得了短暫的高壓射流(多次超過了現在使用的壓力),并能夠切割木頭和其它材料。他后來的研究涉及更為連續的水流,但他發現獲得連續高壓非常困難。同時,零件的壽命也以分鐘計算,而不是今天的數周或數月。   Franz 博士從沒制造出一種量產的木材切割器。而今天木材切割卻是超高壓技術最不重要的應用之一。但 Franz 博士證明了高速會聚水流具有極大的切割能量-這種能量的應用遠遠超出了 Franz 博士的夢想。   1979 年,Mohamed Hashish 博士在福祿研究室工作,開始研究增加水刀切割能量的方法,以便切割金屬和其它硬質材料。Hashish 博士被公認為加砂水刀之父,他發明了在普通水刀中添加砂料的方法。他使用石榴石(砂紙上常用的一種材料)作為砂料。憑借這種方法,水刀(含有砂料)能夠切割幾乎任何材料。1980 年,加砂水刀第一次被用于切割金屬、玻璃和混凝土。1983 年,世界上第一套商業化的加砂水刀切割系統問世,被用于切割汽車玻璃。該技術的第一批用戶是航空航天工業,他們發現水刀是切割軍用飛機所用的不銹鋼、鈦和高強度輕型合成材料以及碳纖維復合材料的理想工具(現在已用于民用飛機)。從那以后,加砂水刀被許多其它工業采納,例如加工廠、石料、瓷磚、玻璃、噴氣發動機、建筑、核工業、船廠等等。 【水刀分類:】   水刀分為純水水刀和加砂水刀。二者均有經驗證的獨特性能。   【純水水刀】   純水水刀是最早的水切割方法。第一次商業應用始于二十世紀七十年代中期,用于切割瓦楞紙板。純水水刀最大的應用是切割拋棄式尿布、棉紙和汽車內飾件。對于棉紙和拋棄式尿布,與其它技術相比,水刀技術在材料上留下的水分最少。在某些尿布或棉紙工廠中,意外停機時間對其他切割技術而言非常普遍,代價超過每小時20000美元。而水刀則為這種應用提供全年不斷的連續運行-維護操作可被納入生產過程中。   【純水水刀的特點】   非常細的水流(常見直徑范圍:0.004至0.010英寸)   非常詳細的幾何形狀   非常少的材料切割損失   切割時不產生熱量   切割厚度可以很大   也可切得很薄   切割速度快   能夠切割軟、輕質材料(例如厚達 24"的纖維玻璃絕緣材料)   極小的切削力   夾具簡單   每天 24 小時的連續運行   【純水水刀切割刀頭】   如前文所述,基本水刀流程包括水從幫浦流出、通過管道并從切割刀頭輸出。   在水刀切割中,材料去除過程可稱為超音速侵蝕技術。除下材料微粒的不是壓力,而是水流的速度。壓力和速度是兩種截然不同的能量形式。但幫浦的水壓是如何轉換成另外一種能量形式(即水速)的呢?答案是一塊小巧的寶石。在管子的末端裝有一塊寶石。寶石中有一個很小的孔。高壓水穿過這個細小的開口流出,從而把壓力轉化為速度。在大約 40000 psi 時,流出噴嘴的水流以 2 馬赫的速度運動。在 60000 psi 下,其速度超過 3 馬赫。   對于普通切割,純水水刀噴嘴的直徑范圍為 0.004 到 0.010英寸。用牽引車來回移動噴嘴以沖刷混凝土時,常用的是單個大號噴嘴,最大直徑 1/10 英寸。   三種常用的噴嘴材料(藍寶石、紅寶石、鉆石)各有其獨特屬性。藍寶石是現在最常用的噴嘴材料。它是人造單晶寶石。它的水流品質相當好;在好的水質條件下大約有50到100小時的切割壽命。在加砂水刀應用中,藍寶石的壽命是純水水刀應用的 1/2。通常情況下,藍寶石的價格在 15 到 30 美元/塊之間。   紅寶石也可用于加砂水刀應用。其水流特性非常適合加砂水刀,但并不太適合純水水刀切割。其成本與藍寶石大致相同。   鉆石的使用壽命長得多 (800 到 2000 小時),但價格卻要高10到20倍。鉆石在需要每天 24 小時連續運行的情況下非常有用。與其它類型的噴嘴不同,有時可以對鉆石進行超聲波清洗,并重復使用。 【加砂水刀】   加砂水刀與純水水刀只有幾點不同。在純水水刀中,由超音速水流侵蝕材料。在加砂水刀中,由水射流加速砂料顆粒,然后由這些顆粒(而非水)侵蝕材料。加砂水刀的能力比純水水刀強大成百上千倍。純水水刀和加砂水刀都有其用武之地。純水水刀可切割軟質材料,而加砂水刀則切割硬質材料,如鋼材、石材、復合材料和陶瓷。使用標準參數的加砂水刀能夠切割硬度等于(甚至稍稍超過)氧化鋁陶瓷(常常稱作礬土,AD 99.9)的材料。我們將在下面介紹加砂水刀的特點,以及加砂水刀切割刀頭的工作方式。   <
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