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超高壓水刀切割是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一門高新技術(shù)，它是利用高壓、高速的細(xì)徑液流作為工作介質(zhì)，對(duì)工件表面進(jìn)行噴射，依靠液流的產(chǎn)生沖擊作用去除材料，值得注意的是實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的切割。稍微降低水壓或增大靶距和流量，還可以進(jìn)行高壓的清洗、破碎、表面毛化、去毛刺及強(qiáng)化的處理。超高壓水射流與激光、離子束、電子束一樣，同屬于高能束加工的技術(shù)范疇。

世界上第一臺(tái)純水高壓水切割設(shè)備誕生于1974年，第一臺(tái)高壓水切割設(shè)備誕生于1979年。自20世紀(jì)80年代末以來，我國著依靠自己的力量，通過實(shí)踐表明自主開發(fā)成功了各類的超高壓水射流切割設(shè)備，并實(shí)際上開展了大量的工藝試驗(yàn)研究，值得注意的是該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，在機(jī)械、建材建筑、國防領(lǐng)域、輕工和紡織等領(lǐng)域正發(fā)揮著日益重要的作用。

一、超高壓水射流切割的原理

中國自古有“滴水穿石”之說，如今利用超高壓水射流技術(shù)切割石材和其他的材料已成為現(xiàn)實(shí)。將過濾后的工業(yè)用水加壓至100-400MPa，再通過實(shí)踐表明經(jīng)過直徑Φ0.08 -0.5mm的噴嘴孔口后，形成500-900m/s的超音速細(xì)徑水柱，功率密度高達(dá)10六次方/mm²，可以切割塑料、石棉、碳纖維等軟質(zhì)材料。值得注意的是在超高壓水射流中混入的磨料，磨料的顆粒便被加速，形成磨料高壓水射流，有別于離子注入可以切割石材、金屬等硬質(zhì)材料。

超高壓水射流本身具有較高的剛性，值得注意的是在與工件發(fā)生碰撞時(shí)，實(shí)際上會(huì)產(chǎn)生極高的沖擊動(dòng)壓和渦流。從微觀上看，相對(duì)于射流平均速度存在著超高速區(qū)和低速區(qū)（有時(shí)可能為負(fù)值），因而通過實(shí)踐表明超高壓水射流表面上雖為圓柱模型，而內(nèi)部實(shí)際上存在剛性高和剛性低的部分。剛性高的部分產(chǎn)生的沖擊動(dòng)壓使傳播時(shí)間減少，實(shí)際上增大了沖擊強(qiáng)度，宏觀上看起快速楔劈作用；而低剛度部分相對(duì)于高剛度部分形成了柔性空間，起吸屑、排屑作用。值得注意的是兩者的結(jié)合，正好像使其在切割材料時(shí)猶如一把軸向“鋸刀”加工一樣。

超高壓水射流破壞材料的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)斷裂過程。對(duì)于脆性材料（如石材），主要是以裂紋破壞及擴(kuò)散為主；而對(duì)于塑性材料（如鋼板），實(shí)際上遵循最大的拉應(yīng)力瞬時(shí)斷裂準(zhǔn)則，即一旦材料中某點(diǎn)的法向拉直力達(dá)到或超過某一臨界值時(shí)，該點(diǎn)即發(fā)生斷裂。根據(jù)彈塑性力學(xué)，動(dòng)態(tài)斷裂強(qiáng)度與靜態(tài)斷裂強(qiáng)度相比，要高出個(gè)數(shù)量級(jí)左右。主要原因是動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用時(shí)間短，材料中裂紋來不及發(fā)展，值得注意的是動(dòng)態(tài)斷裂不僅與麻力水平有關(guān)，實(shí)際上還與拉應(yīng)力作用的時(shí)間長短相關(guān)。

以上是關(guān)于超高壓水刀射流切割的原理。