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　　在削減成本的努力中，工程師和制造部門始終需要尋找新的優勢。水刀技術向您提供了多種的功能和優點。深入了解水刀技術，將使您有機會利用這些節省成本的切割設備。

　　除低成本切割外，水刀還被認為是世界上功能多樣、增長速度快的加工技術（根據 Frost & Sullivan 和Market Intelligence Research公司的報告）。水刀在全球范圍內廣泛用于高產量應用。它與其它技術（銑床、雷射、EDM、等離子和刨床）相輔相成。水刀切割不使用有毒氣體或液體，不會產生有毒的物質或蒸汽。水刀切割表面不留任何HAZ或機械變形。它是一種真正的多功能、高效率冷切割技術。

　　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 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。而木材切割卻是超高壓技術不重要的應用之一。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，加砂水刀次被用于切割金屬、玻璃和混凝土。1983 年，世界上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】

　　純水水刀是早的水切割方法。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，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。

　　【加砂水刀的特點】

　　極為通用的技術
　　無HAZ
　　無機械應力
　　易于編程
　　水流細（直徑 0.020 到 0.050 英寸）
　　可切割非常復雜的幾何形狀
　　薄材料切割
　　10 英寸厚度切割
　　堆積切割
　　材料切割損失非常少
　　夾具簡單
　　切割力小（切割時低于 1 磅）
　　對幾乎所有加砂水刀作業都只需設置一次
　　可方便地從單切割刀頭切換到多切割刀頭
　　可快捷地從純水水刀切換為加砂水刀
　　減少了輔助操作
　　毛刺很少或無毛刺

　　【加砂水刀切割刀頭】

　　每臺加砂水刀都包括純水水刀。生成純水射流后加入砂料。然后砂料顆粒沿刀管被加速，就像步槍子彈那樣。

　　加砂水刀切割所用的砂料是經專門篩選、大小一致的硬砂。常用的砂料是石榴石。石榴石質硬、強度高并且便宜。像五金店中的粉紅色砂紙一樣，不同的大小用于不同的工作：

　　20 Mesh－產生平滑的表面
　　80 Mesh－常用，一般性用途
　　50 Mesh－切割速度比 80 Mesh快一點，但表面稍稍粗糙一些

　　刀管就像步槍槍管那樣加速砂料顆粒。類似噴嘴，刀管有許多不同的尺寸和使用壽命。刀管大約長 3 英寸, 直徑 1/4 英寸；內徑范圍從 0.020 到 0.060 英寸，常用的是 0.040 英寸。

　　盡管加砂水刀設備常常被視為操作簡單的可靠設備，刀管需要得到操作員的關注。水刀技術的主要進展就是發明了壽命很長的刀管。不幸的是，長壽命刀管比以前的碳化鎢管脆弱得多。如果切割刀頭碰到了夾具、重物或目標材料，刀管有可能破裂。破裂的管子無法修復。目前，的系統配有防碰撞探測裝置，以保護刀管。