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    無堅不摧的水刀

    關鍵詞 水刀|2023-01-05 11:51:25|來源 中國超硬材料網
    摘要 在古代,擁有一把千錘百煉、刀鋒犀利的好刀一定可以在戰場上所向披靡,是無數英雄好漢一生的追求。然而要問現在什么刀最鋒利,那恐怕就是水刀了。水不僅有柔的一面,也有剛的一面,所以在中國古...

           在古代,擁有一把千錘百煉、刀鋒犀利的好刀一定可以在戰場上所向披靡,是無數英雄好漢一生的追求。然而要問現在什么刀最鋒利,那恐怕就是水刀了。

           水不僅有柔的一面,也有剛的一面,所以在中國古代就有滴水穿石的說法,認為世界上最鋒利的物質就是水,再堅固的東西在水滴長年累月的拍打下都會被擊穿,也許是從這里得到了靈感,人們就開始用水來切割那些堅硬的物體。下面就來了解一下這個世界上最鋒利的水刀到底是什么“刀”,它到底有多鋒利。

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           1、什么是水刀

           水刀,即以水為刀,本名高壓水射流切割技術,這項技術最早起源于美國,用于航空航天軍事工業,以其冷切割不會改變材料的物理化學性質而備受青睞,后經技術不斷改進,在高壓水中混入其他磨料輔助切割,極大的提高了水刀的切割速度和切割厚度。

           水刀切割機集泵、閥、密封、液壓、自動化控制為一體,由高壓泵、加工平臺、噴射切割頭、傳輸系統、開關水控制系統等組成,屬于一種冷切割技術。水刀不受材料品種的限制可以對任何材料進行任意曲線的一次性切割加工;切割時產生的熱量會立即被高速流動的水射流帶走,并且不產生有害物質。冷態切割無熱效應,切割面好,不需要或易于二次加工,加工不變形,清潔環保,速度較快、效率較高,方便靈活、用途廣泛。水切割是適用性較好的成熟切割工藝方法。水刀現已經廣泛應用于陶瓷、石材、玻璃、金屬、復合材料等眾多行業。

           2、水刀的發展

           上世紀40年代,美國人將水增壓后從設計的細小噴嘴高速流出,并且能用于工業加工,也證明了水刀有較大的切割能量,這也是真正意義的水刀。后來蘇聯人將水切割的壓力增加到200MPa,能切割的物體就更多了。到60年代末,開始在高壓水流中增加金剛砂,石英砂等磨料,這樣水刀的威力就更加巨大了,幾乎可以切割任何堅硬的物體。進入新世紀后,水刀的發展和應用更加迅猛,已經改變了整個切割加工行業,更是在向智能化發展,現在已經出現了三軸,四軸,五軸甚至機器人水切割。

           3、水刀的工作原理

           水刀切割機運用了液體增壓原理,通過特定的轉能裝置(增壓器或高壓泵),將電機的機械能轉換成水的壓力能,經過壓縮后的水經過一個直徑微小的寶石噴嘴射出后,再將壓力能轉化成動能,從而形成高速水射流,對工件進行加工。

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           造成水刀能有這樣強大的爆發力,除了外部的高壓之外,也不能忽略自身強大的實力,一般來說,普通水刀只能切割軟性材料,但要是有切割硬性材料的需求,比如想要切割鋼鐵怎么辦?這時候,光水刀單槍匹馬似乎不夠,還需要增加水資源本身硬度的水刀砂,通常加入的水刀砂粒度在30到150目。水刀砂目前常用的有三種,二氧化硅、氧化鋁或者石榴石。磨料不能在高壓水管路中添加,因為這樣很容易將管路磨穿,噴嘴為了應對高水壓,一般會用藍寶石或紅寶石噴嘴鑲嵌在金屬材料中,噴嘴根據電腦設定好的指令在軌道上移動,精確的在被切割物上噴射水流完成切割作業。

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          其中水刀切割機的噴嘴孔徑大小,決定了壓力高低和流量大小,可以根據具體的應用環境調試,而水刀切割機也憑借著強勁的切割性能與加工精度效率,在各個領域、各種材料上應用廣泛。

           4、水刀的威力

           水刀利用超高壓技術可以將普通的自來水加壓到300MPa ~500MPa壓力,然后再通過內孔直徑很小的噴嘴噴射出來,形成高速射流,該射流具有很高的能量,可用來切割軟性材料,如果再在射流中加入適量的磨料,則幾乎可以用來切割所有的軟硬材料,因此,毫無疑問,水刀是目前世界上最鋒利的“刀”。水刀切割時產生的熱量會立即被高速流動的水射流帶走,并且不會產生有害物質,材料無熱效應,還可實現任意曲線的切割加工。

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           水刀能夠切割什么主要是由水壓決定的,將水加壓到30MPa以上就是低壓水刀,可以進行一些簡單的切割工作,加到100MPa就成了高壓水刀,能滿足大多數的切割工作,水壓超過200MPa就是超高壓水刀,甚至可以切開金剛石,并且切割的寬度只有幾毫米,目前最高的切割壓力可達到600MPa,國內的商業水切割設備一般運行壓力在200MPa ~ 400MPa左右,最高達到了420MPa。

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           水刀成為工業界的加工工具后,就開啟了新的切割加工歷史,也被譽為下一個時代的工業趨勢。水刀在切割時出水壓力有多猛,有人用水刀去切割橡膠滾輪,當水柱靠近時滾輪快速旋轉,在水柱持續沖擊下轉動越來越快,輪子開始膨脹變大,最后炸裂彈開。

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           多張防彈玻璃疊在一起,足有10厘米厚,在水刀面前輕松被撂倒。

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           自然界中最堅硬的材質是金剛石遇到世界上最鋒利的水刀的時候,金剛石還是瞬間被劈成兩半。

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           誰能想到,原本柔弱的水在水切割機中會有這樣強大的爆發力,試問世界上還有水刀切不了的東西嗎?

           參考資料:知乎 《機械原理》


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