高压水射流(水刀）技术切割加工原理

高速射流具有一定的动能，作用在静止的物体上，肯定会产生一个力。众所周知，水切割技术可以切割任意材料，而水切割加工的原理有哪些呢？在切割的时候哪些因素会影响切割效果呢？在这一章节上海在歌机械科技有限公司讲为您一一解说。一般高压水射流切割试块的表面较平整，入射角为9O。，即射流垂直冲击试块表面。当射流作用到物体表面上时，会产生两种不同的作用力：一种是射流滞止压力；另一种是冲击压力。滞止压力P可以根据伯努力方程给出：

P：1／2po (1)

式中：Ioo为射流的密度； 为射流的速度。射流在射到固体表面之后发生碰撞的一瞬间，由于射流压缩的作用，在固体接触表面产生非常高的冲击动压P ，体现出射流的刚性：

P =poCo (2)

式中：co为射流在液体中的声速，在水中约为1 500m／s。

由式(1)和式(2)可得：

当射流速度 -775 m／s时，产生的滞止压力为300 MPa，而产生的冲击压力为1 162．5 MPa，冲击动压约为射流滞止压力的4倍。高压水射流在光滑表面的冲击发生在喷嘴附近受冲击的一个圆形内，需要从不同的视角来观察和研究这种现象。这是因为可能存在多种因素来解释 材料的破坏。国外的大量试验表明，在射流碰撞固体表面的一瞬间，在射流的外圆周上的边界压力实际是冲击压力的2．5倍以上。脆性材料的破坏是由射流载荷产生的拉应力决定的。破坏形式如下：射流撞击试块表面，形成以撞击点为中心的放射状裂纹。在没有破坏的中央区周围有环形裂纹，该环形裂纹的外径与射流直径相同。增加射流速度，该区域破坏程度增加，直到变成一个凹坑。上述现象仅发生在材料的屈服强度小于射流碰撞力的情况。如果材料屈服强度大于射流碰撞力，单次碰撞不会出现明显的可见环形裂纹，但多次重复碰撞后由于材料的疲劳，也可产生上述环形裂纹。由于射流连续不断地冲击材料，又存在表面径流的冲刷和剪切，破碎的材料不断被带走，材料发生剥蚀，逐步深入，造成材料的切割和穿透。塑性材料的破坏并不主要靠拉伸破坏，而是在射流切应力作用下的塑性流变。在射流的碰撞下，塑性流变先在射流中心处发生，造成固体表面的近似半球形压痕，深度随着碰撞速度的增加而加深。射流的碰撞压力大于材料的屈服极限时，固体材料会像液体一样流动，从而形成塑性破坏。上海在歌机械科技的水切割技术研究部门发现，高压水射流初始作用材料时产生缺坑并伴随裂纹和压力波的出现。在碰撞区，一定的碰撞能量被材料破碎所吸收，其余则转化为应力波形式传播膨胀应力波在碰撞区产生的最大剪应力取决于供给水压，最大剪应力超过一定值，会立刻造成工件材料的射流穿透、缺坑和大裂纹，同时还有连续射流的滞止静压力作用于初始凹坑和裂纹中，这样裂纹得以扩展，造成凹坑逐渐增大。这个过程中，凹坑周围压力得以释放，从而更多的材料被冲挖出来。随着时间的推移，将产生更宽、形状不规则、也不对称的缺口。如果水切割喷头和试块相对移动将形成切槽。水射流压力不足时，产生的剪应力不足以使裂纹扩展，只产生小的凹口，材料的破坏不会继续。所以固体材料的破坏只有当射流所产生的碰撞压力大于或等于该材料的临界破坏应力(f-1限压力)时才会发生。对于脆性材料，只有当射流压力近似等于材料的屈服应力时，才能获得最小的比能或最大的切割、破碎效果。这便是水切割技术的大致原理，如果您还有其他任何疑问，可以直接致电上海在歌机械，上海在歌的水切割专业技术人员将竭诚为您一一解答您的问题和为您解决您使用水切割机器时的各种疑难问题。