高壓水射流切割（High pressure water jet cutting），別名水刀、水噴射加工、水射流加工是一種非常規(guī)的冷切割技術(shù)，它利用液體加壓的原理使水通過(guò)特定的裝置形成高速射流來(lái)切割物體。高壓水射流切割系統(tǒng)主要由油壓系統(tǒng)組成、供水系統(tǒng)、增壓恒壓系統(tǒng)、噴嘴和管道系統(tǒng)等。壓力可達(dá)600MPa，速度可達(dá) 8萬(wàn)~ 1000米/s（約3倍音速），可以輕松切割280 mm厚的不銹鋼板。

水射切割起源于19世紀(jì)中期，高壓水射流技術(shù)首先被北美人用于開(kāi)采松散的礦藏。1972年，第一臺(tái)高壓水射流設(shè)備由  Aiton 3356 Boxboard 3356生產(chǎn)，這為制造工具的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)新時(shí)代。20世紀(jì)80年代中期，英國(guó)流體力學(xué)研究協(xié)會(huì)提出了在高壓泵和初始加速噴嘴之間的水流中注入磨料的方法。由于添加了磨料，水射流具有鋸片的特性，并且水射流的強(qiáng)度大大增強(qiáng)。

水刀根據(jù)切割模式而定、磨料混合機(jī)制、壓力等不同方式有不同的分類，常見(jiàn)的是純水噴射切割、磨料水射流切割、空化射流、脈沖射流、前/后混合磨料水射流切割、超高/高/低壓型切割等。因?yàn)樗欣淝小⑶懈盍?qiáng)、切割質(zhì)量高、清潔環(huán)保，幾乎可以切割任何材料，如塑料、紙和紡織品玻璃等軟性材料、金屬、合金、陶瓷材料和碳化金屬等硬質(zhì)材料甚至可以切割易燃易爆設(shè)施。因此，高壓水射流切割技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、工業(yè)制造、臨床醫(yī)學(xué)、裝飾裝修、食品工業(yè)等領(lǐng)域。

高壓水射流切割技術(shù)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓器或者水泵、噴嘴、開(kāi)關(guān)等裝置，并通過(guò)這些裝置之間動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)換，使通過(guò)的水具有巨大的壓力能。通過(guò)小孔噴嘴后，壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而形成高速射流，最終使水產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，然后可以切割特定物質(zhì)。

增壓蓄能：在高壓水射流切割技術(shù)中，往復(fù)壓縮增壓器在液壓系統(tǒng)提供的高壓油的作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)力源的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為水的壓力能，水壓可提高到300~1000MPa增壓器和高壓水路之間安裝有蓄能器作為輔助動(dòng)力源。

磨料混合：前混合磨料水射流切割系統(tǒng)中的高壓水分為兩路，一路經(jīng)磨料罐與磨料初步混合，然后與另一路高壓水匯合，然后從噴嘴噴出；后混合磨料水射流切割系統(tǒng)將在后面增加一個(gè)混合磨料系統(tǒng)，磨料在噴嘴內(nèi)的混合腔中與高壓水混合后噴射。

切割作業(yè)：水被磨料混合后到達(dá)噴嘴，然后將壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而形成高速水射流，即把超高壓水變成高壓切割流。在手動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制下，控制系統(tǒng)移動(dòng)工件或切割頭并將其噴灑在工件表面當(dāng)水射流沖擊切割工件時(shí)，動(dòng)能再次轉(zhuǎn)化為作用于材料的壓力能。如果壓力可以超過(guò)材料的破壞強(qiáng)度，則可以切斷材料以達(dá)到去除材料的加工目的。

純水射流切割技術(shù)的原理與磨料水射流切割的原理相似主要區(qū)別在于沒(méi)有磨料混合過(guò)程經(jīng)過(guò)軟化和過(guò)濾后，系統(tǒng)中的水進(jìn)入高壓水發(fā)生器，成為噴射切割的高壓水。

水力磨料水射流切割系統(tǒng)主要由油壓系統(tǒng)組成、供水系統(tǒng)、增壓恒壓系統(tǒng)、噴嘴和管道系統(tǒng)等。

水力磨料水射流切割系統(tǒng)的常用部件

油泵/液壓泵）：油泵是實(shí)驗(yàn)室常用的減壓設(shè)備，經(jīng)常用在真空要求高的場(chǎng)合。機(jī)油泵的效率取決于泵的結(jié)構(gòu)和機(jī)油的質(zhì)量好的真空油泵可以達(dá)到10~100Pa以上的真空度。油泵通過(guò)真空減壓將油箱中的油吸入油壓系統(tǒng)

溢流閥：用于調(diào)節(jié)泵的出口壓力并保持壓力恒定；溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)系統(tǒng)壓力大于其設(shè)定壓力時(shí)才打開(kāi)，對(duì)系統(tǒng)起過(guò)載保護(hù)作用

換向閥：利用閥芯與閥體之間不同的相對(duì)位置，可以改變不同管路之間的通斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)液體流向的連通或改變

增壓器：在液壓系統(tǒng)中，將輸入的低壓液體轉(zhuǎn)化為輸出的高壓液體的元件。由于連接在一起的兩個(gè)活塞直徑不同，當(dāng)?shù)蛪阂后w在左端輸入時(shí)，高壓液體在右端輸出

蓄能器：蓄能器屬于液壓系統(tǒng)的輔助部件。它將液壓系統(tǒng)的壓力能儲(chǔ)存在液壓系統(tǒng)中，并能在短時(shí)間內(nèi)為系統(tǒng)提供壓力能。蓄能器在高壓水射流切割系統(tǒng)中的作用如下：作輔助動(dòng)力源、補(bǔ)償泄漏、穩(wěn)定壓力、吸收壓力脈動(dòng)和液壓沖擊

主要優(yōu)點(diǎn)

冷態(tài)切割：使用水射流切割，由于沒(méi)有熱影響區(qū)，因此不會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生熱損傷，不會(huì)使材料發(fā)生結(jié)構(gòu)變化或熱變形，也不會(huì)使材料發(fā)生結(jié)構(gòu)變化或變質(zhì)，這特別有利于鈦合金等熱敏材料的加工。

點(diǎn)能源切割：由于切割位置是一個(gè)點(diǎn)，所以可以在各個(gè)方向自由工作，可以從工件上的任意一點(diǎn)開(kāi)始，特別適合切割形狀復(fù)雜的工件，便于自動(dòng)控制。

具有很強(qiáng)的切割力：實(shí)驗(yàn)表明，在合適的切割速度和壓力下，水射流可以切割180毫米厚的鋼板250毫米厚的鈦板75毫米厚的鋁合金板，切割470層每層65mm）石墨環(huán)氧樹(shù)脂合成板等。

高壓水射流切割

高切割質(zhì)量：水切割不會(huì)產(chǎn)生裂縫，它可以切割縫隙很窄的材料，切口可以小到0.075mm，顯著降低材料消耗。缺口表面平整光滑，邊緣無(wú)毛刺，缺口公差可達(dá)0.06~±0.25mm。水射流對(duì)工件產(chǎn)生的水平力和垂直力都很小，對(duì)材料沒(méi)有直接的面壓力，幾乎沒(méi)有機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變，因此工件變形小，加工精度高。

清潔衛(wèi)生：因?yàn)橛密浕懈罡蓛粜l(wèi)生。所以可切食品、藥物、器官導(dǎo)管等，還可以避免一些粉狀材料的揚(yáng)塵，如石膏、石棉、纖維、紙張等；特別適用于有防火要求的工作場(chǎng)所。

生產(chǎn)效率高：水射流切割速度快，效率高，加工成本低；由于高壓水通過(guò)小直徑的噴嘴后可以產(chǎn)生極高的能量，因此高壓水射流技術(shù)非常高效，可以在小面積內(nèi)集中極高的能量。

工件材料適應(yīng)性廣：因?yàn)槌邏核淞髑懈顜缀酢盁o(wú)堅(jiān)不摧”幾乎沒(méi)有材料和切割尺寸的限制，它被稱為“萬(wàn)能切割機(jī)”可用于各種軟硬材料、導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料、金屬和非金屬材料、塑性與脆性材料、復(fù)合材料的切割加工等；您可以輕松切割鋼板或硬大理石、花崗巖等對(duì)于其他方法難以切割的材料，如鈦合金和各種復(fù)合材料，是一種理想或唯一的加工方法。

高度彈性化：可切割任意輪廓，起點(diǎn)和終點(diǎn)可在工件表面任意點(diǎn)選擇，可用于全方位切割它可以從任意點(diǎn)開(kāi)始，切割任意復(fù)雜圖形，完成各種異形加工，包括各種形狀、角度或坡度，并且程序易于編輯。

主要缺點(diǎn)

成本較高：設(shè)備的一次性投資和后期維護(hù)成本都很高。例如噴嘴磨損，如AWJ使用的通用碳化鎢噴嘴（磨料水射流切割的縮寫為 ）它的壽命只有2~4h。

進(jìn)給速度慢：切割進(jìn)給速度慢，比火焰切割慢10~100倍。

3.某些材料的切割質(zhì)量較低：切割非常薄的延展性材料時(shí)，材料容易彎曲，切口中會(huì)出現(xiàn)飛邊和毛刺。

所需功率大：如1毫米噴嘴，當(dāng)壓力為200兆帕?xí)r，噴射功率接近50kW。

操縱器跟蹤 ：由不一致的機(jī)械手動(dòng)作引起的表面缺陷。如果機(jī)械手振動(dòng)或改變速度，將會(huì)在過(guò)渡區(qū)的切割面上看到標(biāo)記。

純水射流切割：純水射流切割（WJ water  jet）系統(tǒng)中的水經(jīng)過(guò)軟化和過(guò)濾后，進(jìn)入高壓水發(fā)生器成為高壓水，并被噴射和切割。純水射流切割力小，但噴嘴磨損慢，適用于切割軟質(zhì)材料。

磨料水射流切割：磨料水射流切割（Brazil   water   jet, AWJ）在高壓水到達(dá)噴嘴之前，它將在混合器中與預(yù)先添加的磨料混合（研磨劑通常是氧化鋁、氮化硅、石榴石等，粒度往往為80~100目）混合均勻，然后以每秒數(shù)百米的速度通過(guò)噴嘴噴出。磨料水射流的切削力很大，但噴嘴磨損很快，因此適用于切割硬質(zhì)材料。

前混合磨料水射流切割系統(tǒng)：前混合磨料水射流切割（AWSJ sandblasting   water   suspension   injection）高壓水分成兩路，一路經(jīng)磨料罐與磨料初步混合，然后與分流的另一路高壓水匯合，然后從噴嘴噴出。前混合磨料系統(tǒng)具有更強(qiáng)的切割能力，但對(duì)機(jī)器設(shè)備的要求更高。

后混合磨料水射流切割系統(tǒng)：后混合磨料水射流切割（Sandblasting   water   injector   nozzle, AWIJ）磨料通過(guò)負(fù)壓抽吸與噴嘴內(nèi)混合腔中的高壓水混合。后混合切削能力較弱， ，但它是最常見(jiàn)的類型，因其易于實(shí)現(xiàn)和部件磨損小而在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。

空化射流：空化射流（Cavity   injection, CJ），利用“汽蝕”原理水射流從噴嘴噴出時(shí)，含有氣泡調(diào)整噴嘴和加工表面之間的距離，使氣泡在此距離內(nèi)持續(xù)存在氣泡漂浮在被加工材料表面，在水射流的沖擊壓力下破裂，使被加工材料表面產(chǎn)生空化，從而實(shí)現(xiàn)清洗、粉碎被加工材料表面的功能。空化射流的清洗效果優(yōu)于普通純水射流，用于航天飛行器、核反應(yīng)堆等清洗。

脈沖射流：脈沖射流（脈沖 噴射）是一種不連續(xù)射流，利用特殊設(shè)備將動(dòng)力源的能量傳遞給水，帶有能量的水通過(guò)噴嘴噴出，像炮彈一樣的小水團(tuán)，擊中目標(biāo)并切割、破碎目標(biāo)材料。實(shí)際上，脈沖射流利用水錘原理提高射流的打擊能力，促進(jìn)材料中裂紋的快速擴(kuò)展，其沖擊力遠(yuǎn)大于連續(xù)純水射流的滯后力，從而提高了脈沖射流的加工能力。

淹沒(méi)射流：當(dāng)射流的工作介質(zhì)與環(huán)境介質(zhì)相同時(shí)，如水中的水射流或空氣中的氣體射流，則屬于淹沒(méi)射流。

非淹沒(méi)射流：當(dāng)工作介質(zhì)與環(huán)境介質(zhì)不同時(shí)，稱為非淹沒(méi)射流例如，大氣中的水射流是最常見(jiàn)的非淹沒(méi)射流。

其他分類

基于加壓方式：液壓加壓、機(jī)械加壓。

基于機(jī)床結(jié)構(gòu)：龍門式結(jié)構(gòu)、懸臂式結(jié)構(gòu)。

基于驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

航空航天

美國(guó)航空航天工業(yè)率先用水切割技術(shù)切割先進(jìn)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料、蜂窩狀?yuàn)A層板、鈦合金構(gòu)件，水射流技術(shù)特別適合切割飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼材料，因?yàn)闆](méi)有剝落和熱損傷，疲勞壽命可提高50％以上，成本大大降低，節(jié)省25％材料和40％力，勞動(dòng)生產(chǎn)率可提高5倍以上。AWJ仿形切割還可以切割輪廓復(fù)雜的飛機(jī)零件。

工業(yè)制造

汽車制造商和修車廠首先使用水射流切割石棉剎車片、橡膠基地毯、復(fù)合材料板、玻璃纖維增強(qiáng)塑料和其他非金屬材料。五軸水射流加工可以一次完成切割和切邊工序，解決了傳統(tǒng)切割方法存在的問(wèn)題，比常規(guī)方法耗費(fèi)更少的人力和時(shí)間。

臨床醫(yī)學(xué)

在醫(yī)療領(lǐng)域，高壓水射流技術(shù)的應(yīng)用取得了一定的成果。在這些成果中，最突出的應(yīng)該是臨床醫(yī)學(xué)中的水刀和水刀無(wú)針注射器。這兩項(xiàng)技術(shù)可以提高醫(yī)院的效率。例如，在注射預(yù)防藥物時(shí)，水射流注射器可以在一小時(shí)內(nèi)完成500多人的注射。且無(wú)需更換針頭，大大節(jié)省了患者和醫(yī)生的時(shí)間。同時(shí)，針筒不會(huì)與注射器有任何接觸，因此更加安全衛(wèi)生，減少了疾病感染的可能性。

裝飾裝修

復(fù)雜的裝飾畫和馬賽克畫通常用于裝飾各種表面或各種公司的標(biāo)志圖案這些瓷器、由石頭或玻璃制成的圖案已經(jīng)越來(lái)越多地通過(guò)水射流技術(shù)進(jìn)行加工有些設(shè)計(jì)圖案極其復(fù)雜，使用的材料又比較脆，不經(jīng)過(guò)水射流加工往往無(wú)法加工。其他切割方法通常會(huì)導(dǎo)致材料開(kāi)裂或斷裂，而水射流加工的產(chǎn)品是一個(gè)完整的零件，可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。

食品工業(yè)

美國(guó)美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已經(jīng)明確允許使用水射流來(lái)切割例如蛋糕、法式炸雞、肉排、家禽肉和魚之類的食物。水射流技術(shù)已被證明是切割這些食品的有效和衛(wèi)生的工具。

軍事消防

高壓水射流技術(shù)在軍事領(lǐng)域主要體現(xiàn)在易燃易爆設(shè)施的切割、核設(shè)施的除銹去污和軍事裝備的清洗。水射流切割技術(shù)作為一種冷切割技術(shù)。由于切割時(shí)既不會(huì)產(chǎn)生高溫也不會(huì)產(chǎn)生火花，因此特別適合在易燃易爆環(huán)境中切割工件。清除戰(zhàn)爭(zhēng)遺留的地雷和炸彈，對(duì)付恐怖主義、分裂勢(shì)力制造的爆炸物可以在處理中發(fā)揮重要作用，確保國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

公路行業(yè)

超高壓大功率水射流混凝土破碎機(jī)械已應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的切割和破碎、隧道施工、荒料開(kāi)采等領(lǐng)域。應(yīng)用表明，水射流技術(shù)切割或疏松混凝土材料時(shí)不會(huì)損壞相鄰材料。