早在20世纪60年代初,从高速飞行的飞机受到雨滴的侵蚀这一现象中得到启发美国、日本和前苏联等国家投入了大量的人力、物力研究开发水射流切割技术,经约10年的潜心钻研,美国于1971年设计制造了世界上第1台超高压纯水射流切割机(W JC)。将它应用到家俱制造行业中,取得了前所未有的经济效益。

鉴于纯水射流的切割能力较差,仅适用于布匹、木材、塑料及橡胶等软质材料的切割,这就促使人们去研究开发切割能力较大的磨料水射流切割,经11年的不懈努力,美国又于1982年设计制造了磨料花岗岩等几乎所有的材料。

随后英国及意大利等国也相继设计制造了磨料水射流切割机,我国也于1993年设计制造了磨料水射流切割机,投入实践生产中,取得了令人瞩目的成就。[1]

流体力学的运动规律表明,从喷嘴以每秒几百米的高速喷出的磨料水射流通常处于紊流状态,而紊流的最大特点是横向掺混,导致磨料水射流边界上的微细液滴与周围气体(空气)之间发生动量交换,从而把周围气体吸入到磨料水射流中去,并随同磨料水射流一起运动,促使磨料水射流的气体吸入量和横截面积沿射程的增大而增大,而射流速度则沿射程的增大而减小,所以磨料水射流就形成了向周围扩散的锥体流动场。由此可见,磨料水射流是由高速运动的含有气体及磨粒的水滴所组成的混合物。 磨料水射流切割

由流体力学的有关知识可得,快速运动的磨料水射流具有极大的动能,当它接触到被切割的材料时,磨料水射流的动能瞬间就会为被切割材料吸收,具体表现为:第一是磨粒和水滴对被切割材料的冲击作用;第二是磨粒和水滴沿被切割材料表面的剪切破断作用(即切削作用);第三是磨料水射流中的气体对被切割材料的侵蚀作用。在以上3点的的共同作用下,被切割材料破碎形成割缝,达到切割分离的目的。

实践生产经验表明,磨料水射流切割材料时,主要表现为磨料水射流对被切割材料表现的冲击破碎作用,并且当磨料水射流对被切割材料表现的冲击应力超过被切割材料表面的抗压力度时,被切割材料破碎形成割缝。

因此,磨料水射流的切割原理就是利用几十至几百MPa的磨料水(高压水中掺入磨料)通过特殊设计的孔径极小的喷嘴,以每秒几百米的高速喷出的磨料水射流的冲击、剪切破断(切削)及浸蚀作用来分割工件的。[1]

水射流切割磨料,俗称“水刀砂”,分为天然磨料(如石榴石磨料)和人造磨料(如白刚玉磨料),目前国际通用材质为石榴石天然磨料,目前国内主产地在山东、江苏等地区。 日照石榴石矿石

大颗粒磨料质量大、不易被加速,小颗粒磨料质量小,被加速后其动能达不到较强的切割能力。只有合适的粒度奶油最强的切割能力。实验证明,人造白刚玉磨料的切割能力虽高于天然磨料,但对磨料混合管的磨损却是天然磨料的数十倍,而且价格昂贵。因此,选用国产的粒度为80目的石榴石水切割磨料比较适宜。[2]

选择磨料时一定要注意灰尘含量,如果灰尘、泥土过多,容易造成砂管堵头、砂管损伤、增加成本等结果:

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