隨著材料科學與技術的不斷發展,新型材料如不同特性的石材、玻璃、復合材料等不斷涌現。傳統的熱切割手段,諸如氧切割、等離子切割、激光切割在切割材料時,均以高溫作業為主,在高溫環境下材料的物理、機械性能及材料的晶間組織結構會遭到破壞,因而對被切割材料的性質有一定的影響。其中氧切割、等離子切割手段,可以運用于金屬材料,而不能切割非金屬材料。激光切割雖能切割金屬材料和非金屬材料,但對銅、鋁就無法切割,而且激光切割的深度有限,價格昂貴。

利用超高壓水射流切割(也稱冷切割)技術,不僅對所有金屬材料和非金屬材料可以進行切割,而且不影響材料的物理、機械性能及材料晶間組織結構,尤其對特種切割需求,如軟合金、碳纖維復合材料、蜂窩狀結構材料的切割以及花崗巖刻字和復雜形狀的成型等,其切割效果就更[1]。水中再加入相應添加劑,在水壓達到 200 MPa 的情況下,切割材料的范圍更廣[2]。因此,水刀切割堪稱近年來切削加工領域里的一次技術革命。水切割技術出現比較晚的原因,在于其涉及難度比較大的超高壓設備的理論、設計及制造工藝,還需應用到流體動力學、控制理論、檢測儀器、液壓氣動等一系列現代理論和技術[4]。要研究清楚水切割機的多因素綜合作用所引起的切割特性差異,是較為困難的。本文是在假設機床特性一定的情況下,僅研究壓力、切割速度、噴嘴直徑、靶距等單因素對水刀切割特性的影響行為。
2.1
壓力對切深的影響
水壓決定水射流的速度和沖蝕能量,其大小和水射流的切割能力成正比。水壓高時,其加工槽側面積大,效率高,去除量少;反之,則效率低,質量較好;加工槽過寬,會造成材料的浪費。不同種類的被切割材料以及厚度,都對應一個特定極限壓力,只有水壓超過這個壓力值的情況下,才能進行有效切割。通常情況下認為,壓力為極限壓力值的 2.5 倍左右,此時壓力與切深呈線性關系,目前生產的水切割機水壓通常為200 ~ 300 MPa
2.2
橫移速度對表面質量和切深的影響
噴嘴橫移速度,對切深和表面加工質量均有較大影響。移動速度越高,單位時間內加工面積越大,單位面積上磨料通過量少,材料去除量少,加工精度較低;反之,單位時間內加工面積越小,單位面積上磨料通過量多,材料去除量多,加工精度較低。在壓力、磨料性質及流量一定的條件下,噴嘴橫移速度越大,沿切深方向單位面積內通過的磨料量就越少,同一直線上沖擊和切削的重復次數減少,切削能力降低,切深就越小。噴嘴橫移速度,對加工后材料的表面質量也有較大影響。隨著橫移速度的增加,單位面積內切削能力下降,材料表面粗糙度逐漸增加,特別是當橫移速度達到某一臨界值時,加工表面粗糙度會急劇增加。
水切割技術作為一門新興的切削技術,與其他切削技術相比,具有一定的優勢。這種優勢,決定了水切割技術必將在未來的切削技術領域中占據重要地位。因此,對其理論技術的研究應該更加深入、系統、科學。