KMT Waterjet产品-用途最广的切割技术

磨料水射流切割的原理是利用泵产生的高压水，使其通过宝石喷嘴形成高速水流。宝石喷嘴正是高压水转变为高速水的关键点。 该水射流在混合腔内产生真空，将磨料颗粒卷入高速水流中。通过动量传递，磨料颗粒加速至接近水流的速度，并通过紧邻混合腔的聚束管重新聚束成具有凝聚力的切割射流（参见下一标签页中的图3）。

从混合管中喷出的这种水与磨料混合物，就是肉眼可见的切割射流。在金属材料中，磨料颗粒是射流切割能力的主要来源，其切割作用是通过侵蚀作用实现的。而在较软的材料中，高压水流也对切割作用起着重要作用。

更高的压力是否意味着更快的切割速度、更低的单个零件成本以及更高的生产率？要回答这个问题，我们首先需要定义一些术语，包括水刀的可用功率。根据水刀制造商的定义，功率可以用以下公式表示，其中 K 是常数，P 是压力，A 是孔口的横截面积：

功率 = K ×^P15× A

从等式中可以看出，对于恒定功率，压力越高，孔径越小，而孔径越大，压力越低。例如，50 马力的泵在 6.200 bar 压力下运行时，最大孔径为 0.014 英寸，流量较大；在 90000 bar 压力下使用相同马力时，最大孔径为 0.010 英寸，流量较小。

如果两个喷射流的功率相同，那么切割速度提高的潜力应如何考虑？通过进一步简化该方程，将功率除以喷射流的横截面积（A），即可得到功率密度（Pd），从而得到答案。与之前一样，K 是一个常数，P 代表压力。

Pd = K ×^P15

前面公式中的功率取决于压力和体积，但功率密度只取决于泵产生的压力，进而取决于射流速度。

回顾一下加砂水刀运行的物理原理。加砂颗粒被高速水流加速；射流速度越高，加砂颗粒离开混合管的速度越快，功率密度越大。

90-KSI 射流功率密度的增加使切割速度更快。换句话说，压力越高，水流速度越快，磨料颗粒的速度越快，最终切割速度也就越快。

磨料对磨料水刀的运行效率有着显著影响，也是运营成本的主要组成部分。典型应用中通常使用石榴石作为磨料，其来源可为冲积矿（如海滩上的松散矿石）或开采所得，且化学性质惰性。

磨料的粒度以“目数”为单位，该单位源自加工筛网的孔径大小，目数越大，磨料颗粒越细。例如，220目比80目颗粒更细。 切割玻璃等脆性材料时，可能需要使用橄榄石等较软的磨料，以防止材料崩边和开裂，因此根据具体应用选择合适的磨料非常重要。

每个目数的颗粒大小都有一个范围（或分布），因此在选择聚焦管时必须小心谨慎，以防过大的磨料颗粒堵塞。一般来说，聚焦管的内径应是分布中最大磨料颗粒大小的三倍。

在给定压力下，水射流中可添加的磨料颗粒数量是有限的，超过这一数量，颗粒之间就会相互阻碍。磨料过多会降低动量传递效率，并降低切割速度。这一极限通常被称为峰值负载比或 最大磨料进给率。 喷嘴尺寸越大、通过喷嘴的流量越大，要达到水射流的最大切割功率所需的磨料进给率就越高。这也影响着单件产品的总体成本。工艺中使用的磨料越多，单件产品的成本就越高。

回到50马力的例子，当喷嘴孔径为0.010英寸、压力为90 KSI时，由于流量较低，当射流处于峰值负荷比时，其切削能力达到最大。 在 60 KSI 压力下，对于相同的马力，由于流量较高，来自 0.014 英寸孔口的射流仍未达到其峰值负荷比。 在 60 KSI 压力下，该工艺需要额外的磨料才能达到峰值，因此总磨料用量会增加，这会影响操作成本和单件成本。

总之，压力越高，达到最大切割功率所需的磨料就越少，从而减少了磨料的使用，降低了每个零件的成本。

在讨论 水刀切割时，切缝宽度是一个重要方面。什么是切缝宽度？简单来说，就是切割过程中被切除的材料宽度。喷嘴孔径越大，切缝就越宽。

特别是在切割昂贵材料时，水刀切割宽切缝确实没有任何优势。90-KSI系统的高功率密度、小喷嘴孔径和窄切缝，有助于在小半径和拐角处控制磨料水刀。 对于采用较大喷嘴的低KSI水刀系统，可以进行调整，例如将聚焦管直径与喷嘴直径之比降低至接近2.0——也就是说，0.014英寸的水射流应使用0.030英寸的聚焦管。 然而，这可能会缩短聚焦管的使用寿命，因为在重新聚焦过程中，会有更多的磨料颗粒与管壁接触。