水切割的原理及应用

水切割的原理及应用（通用6篇）

篇1：水切割的原理及应用

水切割的原理及应用

科目：先进制造系统导论

专业：机械设计制造及其自动化

学号：110606423

姓名：XXX

水切割的原理及应用

摘要：

水切割也称水射流切割或水刀切割。高压水射流切割是一种特殊的加工方法。它利用增压器将水加压，达到10MPa一400MPa甚至更高的压力。水获得压力能，再从细小的喷嘴喷射而出，将压力能转换为动能，从而形成高速射流。切割正是利用这种高速射流的动能对工件的冲击破坏作用，达到切断、成形的目的。

高压水射流既不同于传统加工的铣、刨、磨、削，也有别于一般的剪切和冲裁。它属于高能切割。高压水射流切割就是把高压水射流的动能作为切割能，对材料进行冲蚀和挤压、破坏，以达到切割的目的的一种新工艺。它最大特点是非热源的高能量射流束加工，切割过程中无热产生，故可以切割所有的金属和非金属材料，特别是各种热切割方法难以切割的材料。具有：切口快、切口平整、无尘埃、无热变形、无污染、减少材料浪费等特点。可切割：钛合金、铜板、钢板、铝板、铸铁、花岗岩、大理石、瓷砖、化纤、木材、布匹、纸张、皮革、塑料等材料。已应用于航空、军工、石材、建筑、装潢等精加工领域。

关键词：水刀，超高压，高能量，安全，成本低，无污染，高速度，精加工。

水在人们的概念里往往是“柔”、“软”的代表，然而自古就有水滴石穿之说。以柔克刚水滴石穿给水赋予了新的定义，如今利用柔软的水也能够进行切割物体了，不论是纯钢的钢板还是坚硬的石头，在水刀面前变得轻而易举。

高压水射流加工技术正是利用与水滴石穿相同的原理，把动量加大，缩短时间，达到断石、断铁、切割的目的。人们在很早的时间就开始利用很高压力的水进行材料的加工和切割。1870年前后，美国在加利福尼亚的金矿中用增压后的水流开采矿石，俄国人也曾用水采煤。在上世纪60年代，密苏里大学林业系的诺曼·弗朗兹教授发明了高压水射流的切割实验装置。该装置的核心是一个单缸增压器，压力可以达到344.7MPa(s000opsi)，用这样的高压水可以来切割木材。这一装置引起包括著名的依格所尔公司在内的许多压力设备制造商和研究单位的兴趣。

1971年第一台商用水切割试验机在杰克逊的阿尔顿纸品公司投入应用，用于切割层压纸 管，并且可以在纸管上切出各种形状。高压水切割技术的真正的商品化应用是上世纪80年代初洛克韦尔飞机公司用水切割机来切割BI轰炸机的钦合金零件，可以节约成本50%。目前许多国外的公司用高压水切割各种材料，甚至用于军舰制造。

普通的加工方式即利用硬度较强的金属制作刀具，在主轴的高速转动下带动刀具进行切割多余材料来达到加工目的，然而由于，这种方式是用硬的材料来切软的材料，那么较硬的材料采用这种方式就会比较难加工，况且加工过程中，产

生大量的热量，经常会导致工件的热变形，影响加工精度，直接接触切割也容易导致刀具的磨损，使刀具使用寿命降低，在加工过程中的冷却液也会造成加工质量的不稳定，增加相应制造成本，造成环境污染。

高压水射流足以水为工作介质，通过增压设备和特定形状的喷嘴产生高速射流束，具有极高的能级密度。一些新型射流如脉冲射流、空化射流和磨料射流的相继出现，大大提高了其切割、剥离、破碎能力，更进一步拓宽了水射流技术的应用范围，可用于清洗、清理、切割、注水钻孔、喷雾、破碎、研磨等作业，具有清洁、无热效应、能量集中、易于控制、效率高、成本低、操作安全方便等特点，超高压水刀的基本技术既简单又极为复杂。当水被加压至很高的压力并且从特制的喷嘴小开孔(其直径为0.1mm至0.5mm)通过时, 可产生一道每秒达近千公尺(约音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各种软质材料包括食品, 纸张, 纸尿片, 橡胶及泡棉，此种切割被称为纯水切割。而当少量的砂如石榴砂被加入水射流中与其混合时, 所产生之加砂水射流, 实际上可切割任何硬质材料包括金属, 复合材料, 石材及玻璃.超高压水刀也可使用于各种不同的工业表面处理应用如船身清洗及汽车喷漆设备清洗.水射流切割机包括四个基本组成部分:压力发生装置提供切割动能，如:高强度的加压泵、蓄能器:水供给装置，如过滤器、输送管线;切割装置，如:控制阀门、喷嘴等;回收装置等。有的还具备精确控制装置;磨料供给装置等。

水射流技术特点

较之激光、等离子、线切割等传统的切割方式，水射流切割技术确实有其独特、显著的优势：

1.切割品质优异：水射流是一种冷加工方式，‘水刀’不磨损且半径很小，能加工具有锐边轮廓的小圆弧。加工本身无热量产生且加工力小，加工表面不会出现热影响区，自然切口处材料的组织结构不会发生变化，也几乎不存在热和机械的应力与应变，无需二次加工，无裂缝、无毛边、无浮渣，因此其切割品质优良。

2.几乎没有材料和厚度的限制：无论是金属类如普通钢板、不锈钢、铜、钛、铝合金等，或是非金属类如石材、陶瓷、玻璃、橡塑、纸张及复合材料，皆可适用。

3.节省成本：水切割所产生横向及纵向的作用力极小，不会产生热效应或变形或细微的裂缝，不需二次加工，既可钻孔亦可切割，降低了切割时间及制造成本。

4.清洁环保无污染：在切割过程中不会产生弧光、灰尘及有毒气体。操作环境整洁，符合严格的环保要求。

5.便于实现一机多能和自动化、数控化：高压水射流是全方位点切割器，无硕万孔，可以在任意点切割，切出任何复杂的形状。因此对程序化和数控操作十分便利。另外采用CAM或CAD控制加工，可以达到高精度，重复加工能力强。6.优化材料的利用率。由于射流切口小、切割可以精确控制，因此样板可以嵌套或者相切排列，充分利用每一块材料，减少废料。

7.加工能力强，可以加工不同材质的工件;硬质材料的加工厚度达6’‘;可以加工某些难以用传统加工方法切割的材料。

水刀的分类

两种水刀是指纯水水刀和加砂水刀。纯水水刀是最早的水切割方法.第一次商

业应用始于二十世纪七十年代中期，用于切割瓦楞纸板。纯水水刀最大的应用是切割抛弃式尿布、棉纸和汽车内饰件。对于棉纸和抛弃式尿布，与其它技术相比，水刀技术在材料上留下的水分最少。

纯水水刀的特点

非常细的水流（常见直径范围：0.004至0.010英寸）非常详细的几何形状 非常少的材料切割损失，切割时不产生热量，切割厚度可以很大也可切得很薄，切割速度快，能够切割软、轻质材料（例如厚达 24"的纤维玻璃绝缘材料），极小的切削力，夹具简单，每天 24 小时的连续运行。

加砂水刀与纯水水刀只有几点不同。在纯水水刀中，由超音速水流侵蚀材料。在加砂水刀中，由水射流加速砂料颗粒，然后由这些颗粒（而非水）侵蚀材料。加砂水刀的能力比纯水水刀强大成百上千倍。纯水水刀和加砂水刀都有其用武之地。纯水水刀可切割软质材料，而加砂水刀则切割硬质材料，如钢材、石材、复合材料和陶瓷。使用标准参数的加砂水刀能够切割硬度等于（甚至稍稍超过）氧化铝陶瓷（常常称作矾土，AD 99.9）的材料。我们将在下面介绍加砂水刀的特点，以及加砂水刀切割刀头的工作方式。

加砂水刀的特点

水流细（直径 0.020 到 0.050 英寸），可切割非常复杂的几何形状，薄材料切割10 英寸厚度切割，堆积切割，材料切割损失非常少，夹具简单，切割力小（切割时低于1磅），对几乎所有加砂水刀作业都只需设置一次，可方便地从单切割刀头切换到多切割刀头，可快捷地从纯水水刀切换为加砂水刀，减少了辅助操作，毛刺很少或无毛刺。

水切割的不足之处

1、高硬度的材料，诸如钢、金属陶瓷、高强度复合材料、坚硬的岩石纯水射流不能切割;而磨料水射流存在喷嘴磨损和切割成本大的问题。

2、高压水射流的设备成本比其他切割方法高。

3、在一些应用中，与激光切割、等离子弧切割、线电极电火花切割等方法比较，存在进给速率低、加工精度差等不足。

4、在切割过程中，影响切割质量的参数多，条件复杂，有时切割导致断面分层和条纹。

水切割的发展

目前从事水射流加工技术研究和应用的国家己超过四十个:主要有美国、俄罗斯、日本、德国、瑞士、英国、法国、加拿大、澳大利亚、印度、韩国、新加坡等国。我国高压水射流技术的研究和应用，通过几年来的发展，取得了许多令人瞩目的成绩。

国内的大连理工大学、石油大学、中国矿业大学、南京理工大学等几所大学和机械部济南铸造锻压机械研究所、机械部通用机械研究所、航空工艺研究所等研究机构，先后开展了水射流加工技术的研究。通过全国性学术交流和许多学者的努力，我国的水射流理论水平也不断提高。

我国的水射流技术起步于上世纪50年代，主要用于采矿业。到1980年以后，开始引进超高压水射流设备，进行仿制和自主的研究开发，用于航空复合材料的切割。同时，在船舶工业，水射流主要用于清洗、除锈。1993年我国正式推出第一台国产高压(最大压力392MPa)磨料水射流切割设备。自上世纪90年代开始，我国的高压水射流设备发展很快，从小功率到大功率、从单机到成套设备、从高压到超高压，从通用设备到专用设备，新产品不断开发，促进了高压水射流技术在国内的应用。

水射流技术的应用范围和领域十分广泛。一般包括工业切割、挖掘、开采和钻探、岩石切割和掘进、表面清洗、材料破碎等。

水射流技术在切割方面的应用

水射流应用于造纸业、橡胶业，而加砂水刀则可应用于石材业、陶瓷业、航空航天业、汽车制造业、金属加工业。尤其值得一提的汽车制造业，随着近几年中国汽车业的迅猛发展，国内外各大汽车生产厂商产值的扩大，车型的不断更新，生产周期的缩短，对配套的汽车内饰件（如汽车地毯、仪表板、顶蓬等）厂家来说，早期手工加工汽车内饰件的切边及打孔的方法、由于效率低下、产品精度差、劳动强度大，显然已不能满足当前汽车业发展的需求。此时，与机器人相结合的的水射流设备脱颖而出。高压水管以螺旋形绕在机器人手臂上，利用机器人手臂和手腕可使水射流头的喷嘴快速沿直线或弧线运行，达到3维加工内饰件的目的。

水射流技术在工业清洗方面的应用

水射流技术可应用于汽车业喷漆房清洗、石化业热交换器内外管清洗、飞机跑道的橡胶清洗、工业上除锈防蚀工程表面处理、航天工业引擎零件清洗、核能发电厂清除辐射污染等。近几年，国外已有公司通过超高压技术，将其应用于食品杀毒达到食品保鲜的目的，并成功打入食品保鲜行业（如美国著名的HEMELL公司已使用超高压设备进行食品保鲜），取得了良好的口碑。水射流可用来清洗汽车、高层建筑物、飞机场跑道、化工厂换热器等，近年来这类业务发展迅速。各种清洗机和清洗设施相继问世，并大量投放市场，各种清洗公司和服务公司也相继成立，为用户提供服务。

美国密苏里•罗拉大学的最新研究表明，高压水射流在使用上还有很大潜力，它可将煤粉碎成细小颗粒，以便进行清洗和生产清洁的燃料，还可用水力制浆法分离木纤维。

2002年，美国FLOW公司将超高压技术带入了一个革命性的阶段，发布了最高压可达87000mpa的超高压水射流设备，在大大提高了生产效率的同时，使用成本也较之以前下降40%。随着对水射流技术不断研发、提升、应用，其发展和使用前景将无可限量。

参考文献：

戴庆辉主编.先进制造系统

机械工业出版社，2006 王润孝主编.先进制造系统

西北工业大学出版社，2001 王细洋主编.现代制造技术 国防工业出版社，2010 美国卓越制造协会主编.绿色制造 人民邮电出版社，刘光复主编.绿色设计与制造 机械工业出版社，2010 沈向东主编.柔性制造技术 机械工业出版社，2013 朱晓春主编.数控技术 机械工业出版社，2006

2010

篇2：水切割的原理及应用

激光切割技术的原理及应用

1.激光切割技术简介.......................................................................2 1.1激光切割技术概述................................................................2 1.2激光切割技术的原理............................................................4 1.3激光切割技术的发展历史....................................................5 2.激光切割的特点.............................................................................6 2.1激光切割的总体特点............................................................6 2.2 CO2激光切割技术的特点.....................................................7 2.3半导体激光切割机................................................................8 2.4光纤激光切割机....................................................................8 3.激光切割技术的应用及发展前景.............................................10 3.1激光切割技术的市场现状..................................................10 3.2激光切割技术的应用..........................................................12 结论..................................................................................................13

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激光切割技术的原理及应用

材料12A文修曜

摘要

激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。

Abstract

The laser processing technology is a kind of advanced manufacturing technology, and laser cutting is part of the laser processing applications, laser cutting is the current advanced cutting technology in the world.Because it has flexible cutting, stone processing, precision manufacturing, a forming, fast speed, higher efficiency, so in industrial production solved many conventional methods cannot solve the problem.Can laser cutting most of the metal materials and nonmetal materials.关键词：激光切割的原理；激光切割的分类及特点；激光切割技术的应用

1.激光切割技术简介

1.1激光切割技术概述

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。它占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。激光切割板材时，不需要模具，可以替代 2 辽宁科技大学学生论文

一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本。因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。

激光切割主要是CO2激光切割,激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定状的切缝。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。

激光束聚焦成很小的光点其最小直径可小于0.1mm，使焦点处达到很高的功率密度可超过106W／cm2)。这时光束输入（由光能转换）的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝。切边热影响很小，基本没有工件变形。

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时得用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

大多数有机与无机都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进形无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。

激光切割无毛刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无需修理模具，还节约更换模具时间，从而节省加工费用，降低产品成本，所以从总体上讲在经济上更为合算。

另一方面，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也 3 辽宁科技大学学生论文

可发挥其精确、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要高级模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层，提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命。

1.2激光切割技术的原理

在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms范围）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了。脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材料,后者是激光切割技术的重要应用领域。

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。

该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率为500～2500瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精 辽宁科技大学学生论文

密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。

1.3激光切割技术的发展历史

激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于具有诸多特点,已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。近年来，激光切割技术发展很快，国际上每年都以20％～30％的速度增长。我国自1985年以来，更以每年25％以上的速度增长。由于我国激光工业基础较差，激光加工技术的应用尚不普遍，激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距，相信随着激光加工技术的不断进步，这些障碍和不足会得到解决。激光切割技术必将成为21世纪不可缺少的重要的钣金加工手段。激光切割加工广阔的应用市场，加上现代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不断探入的研究，推动着激光切割技术不断创新，激光切割技术的发展方向如下：

(1)伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统,使用高功率的激光切割可获得高的加工速度,同时减小热影响区和热畸变;所能够切割的材料板厚也格进一步地提高，高功率激光可以通过使用Q 开关或加载脉冲波，从而使低功率激光器产生出高功率激光。

(2)根据激光切割工艺参数的影响情况，改进加工工艺，如：增加辅助气体对切割熔渣的吹力；加入造渣剂提高熔体的流动性；增加辅助能源，并改善能量之间的耦合；以及改用吸收率更高的激光切割。

(3)激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功能激光加工系统。

(4)根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心，面向通用化CAPP开发工具，对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析，建立相适应的数据库结构。

(5)向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各 辽宁科技大学学生论文

道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

(6)随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。

(7)三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向民展，激光切割机器人的应用范围将会愈来愈大。激光切割正向着激光切割单元FMC、无人化和自动化方向发展。

2.激光切割的特点

2.1激光切割的总体特点

激光加工作为一种全新的加工方法，以其加工精确、快捷、操作简单、自动化程度高等优点，在皮革、纺织服装行业内逐渐得到广泛的应用。镭射激光切割机与传统的切割方式相比不仅价格低,消耗低.并且因为激光加工对工件没有机械压力,所以切割出来产品的效果,精度以及切割速度都非常良好.并且还具有操作安全,维修简单等特点.可连续24小时工作。用镭射激光机切割出来的无尘布无纺布边不发黄,自动收边不散边,不变形，不会发硬,尺寸一致且精确；可切割任意复杂形状；效率高、成本低，电脑设计图形,可切割任意形状任各种大小的花边。开发速度快：由于激光和计算机技术的结合，用户只要在计算机上设计，即可实现激光雕刻输出并且可随时变换雕刻,可边设计边出产品。

激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定外形的切缝。

1．精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02 mm 2．切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10～0.20mm。

3．切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内。辽宁科技大学学生论文

4．速度快：切割速度可达50m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。

5．切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

6．不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。7．不受被切材料的硬度影响：激光可以对布料，橡皮等柔软材质进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

8．不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其它异型材。

9．可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品、有机玻璃等。

10．节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

2.2 CO2激光切割技术的特点

1.切割质量好

切口宽度窄（一般为0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。2.切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形极小。3.清洁、安全、无污染

大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工方法。

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2.3半导体激光切割机

1简介

半导体激光切割机采用半导体泵浦激光器，半导体泵浦激光器是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展，被称为第二代的激光器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。

2特点

1、采用半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高、光束质量好。

2、采用全数字化激光标记和独特的激光选模及深雕技术，确保了设备具有极高的稳定性、精确性和友好的操作性。并可选配自动测焦和调焦系统，满足精确切割和多样化打标需求。

3、周到的防护设计：缺水保护，激光谐振腔光路和激光腔腔体双重密封，防潮装置，防长出光装置。

4、多样的外围装置设计：自动上、下料系统，旋转标记转台，排风除尘系统，激光防护罩及灯光警示装置。

5、光路预览功能，焦点指示功能：在激光的光轴上叠加了可见红光，用于指示激光束的位置，实现对打标范围的预览。增加了指示对焦红光，直观方便的实现了对焦功能。

半导体激光切割机GDBEC-130250，选用进口半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高，光束质量好，可在金属、非金属等各类固性材料上进行精确、快速的打标和划线，并可根据加工材料厚度，调整激光焦距，确保加工的最佳效果。适用于各类普通金属及合金（铁、铜、铝、镁、锌等所有金属）、稀有金属及合金（金、银、钛）、金属氧化物、ABS料（电器用品外壳、日用品）、油墨（透光按键、印刷制品），环氧树脂（电子元件的封装、绝缘层）等材料。

2.4光纤激光切割机

1简介 辽宁科技大学学生论文

光纤激光切割机是利用光纤激光发生器作为光源的激光切割机。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比具有明显的优势，已逐渐发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。

光纤激光切割机它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且边缘整齐、平滑,适用于金属板等高精度的切割加工，同时加上机械臂可以进行三维切割代替原本进口的五轴激光。比起普通二氧化碳激光切割机更节省空间和气体消耗量，光电转化率高，是节能环保的新产品，也是世界上领先技术产品之一。2光纤激光切割机较CO2激光切割机的优势：

1）卓越的光束质量：聚焦光斑更小，切割线条更精细，工作效率更高，加工质量更好；

2）极高的切割速度：是同等功率CO2激光切割机的2倍；

3）极高的稳定性：采用世界顶级的进口光纤激光器，性能稳定，关键部件使用寿命可达10万小时；

4）极高的电光转换效率：光纤激光切割机光电转换效率达30%左右，是CO2激光切割机高3倍，节能环保；

5）极低的使用成本：整机耗电量仅为同类CO2激光切割机的20-30%； 6）极低的维护成本：无激光器工作气体；光纤传输，无需反射镜片；可节约大量维护成本；

7）产品操作维护方便：光纤传输，无需调整光路；

8）超强的柔性导光效果：体积小巧，结构紧凑，易于柔性加工要求。

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当然了，与二氧化碳激光切割机相比，光纤的切割范围相对狭窄。因为波长的原因，其只能切金属材料，对非金属不容易被其吸收，从而影响其切割范围。3与YAG激光切割机相比的优势：

1）切割速度：光纤激光切割机的速度是YAG的4-5倍，适用于大量加工与生产

2）使用成本：光纤激光切割机的使用成本比YAG固体激光切割更少 3）光电转换效率：光纤激光切割机的光电转换效率是YAG的10倍左右 相应的光纤激光器的价格较高，所以光纤激光切割机价高比之YAG激光切割机要高出不少，但比二氧化碳激光切割机要低很多。但其性比价确实三者中最高的。

3.激光切割技术的应用及发展前景

激光切割的应用领域非常广泛, 比如汽车行业、计算机、电气机壳、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钦合金等等。近年来, 激光切割的新应用层出不穷, 令人耳目一新。

3.1激光切割技术的市场现状

我国激光产业的发展，虽然是一个初步发展，但在国际科技带领下已经完成了飞跃的发展，并且比同等质量有一个高阶段的突出。以激光切割机来讲，市场的需求高达千万，为广阔的市场添加了新的生机。自从60年代第一台激光设备的诞生和应用开始，我国就有多位专家在激光行业付出了努力，并达到了国际一个微小的差值。在激光行业的发展同时，激光成套工业设备也进入了生产的市场，摆脱了长期依靠国外的局面，解决了国内激光行业的尴尬局面。

辽宁科技大学学生论文

国内经济的飞速发展，成为激光市场的高产业支柱，并且可以达到每年20%以上的增长速，成为全球激光市场的一个新起点，根据专家预测，国内的激光市场仍处于高速的增长阶段，在未来可以在进行翻倍的增加，来最大的扩充激光切割设备的市场，填补国内空白，将国内高端激光设备摆脱受困的状态，成为国际上的顶梁柱。目前国内的激光产业主要在深圳、武汉两地聚集，其中深圳是国内的重要销售市场，并且以多年的发展经验，领先了其他区域。

激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔，根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割，激光可以在多产品材料上面切割，如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割，因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割方法，相对于传统切割有着什么样的优势呢，下面光博士带您分析下。

激光是利用物质激发产生光，这种光带有强烈的温度，在接触材料时候，能够迅速的在材料表面融化，形成打孔，根据对位对点的移动形成了切割，因此这样的一种切割方法相对于传统的切割方法，缝隙更小，更能够省去大部分材料，然而根据切割效果来定义分析，根据激光进行切割的材料，其切割效果能够满意，精准度又高，这是继承了激光的优势，也是普通切割方式不能够媲美的。

相对于传统切割方式中，激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果，速度方面都有着绝对的优势，因此相信在未来的切割方式选择中，激光切割机将是大众的需求。

激光切割加工是指采用激光设备来给产品进行加工，这种模式是针对那种初入激光行业，并且小型的加工户，然而这种模式在现今的社会都不提倡了，因为激光设备的价格不再是那种高高在上的设备了，完美的技术发展，优良的加工精细，使得现今的激光设备不再是那样的昂贵，因为它们的设备有针对行业性的，这样能够省去了以往那种高贵的大功率设备加工，现今的小功率设备也能进行加工了，这让这些想购买激光切割机的加工不在需要借用他人的设备进行加工了，激光切割加工模式逐渐被取代了，这是必然性。

辽宁科技大学学生论文

下面分析下激光切割市场以及加工效果，在激光切割市场，凡事了解一点的都清楚，激光切割能够加工多行业，然而需要购买加工多行业的设备，价格是不菲的，然而如果购买的是单行业，如刀模激光切割机、皮革激光切割机等，这些针对行业的设备，价格就不是那样昂贵了，这就是未来的市场，在其加工效果方面，单行业的加工效果，肯定针对单行业其功能是最好的，能够满足此行业的要求，这些在这些行业设备介绍中，光博士有提到，因此在如果想采用激光切割加工的商户们，不妨去尝试着使用激光切割设备直接自己购买进行加工，这样能够帮助你实现以及解决很多的问题！

3.2激光切割技术的应用

大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。

在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。

激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高功效3倍以上。

从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件，特别是轮廓形状复杂，批量不大,一般厚度；12mm的低碳钢、；6mm厚的不锈钢，以节省制造模具的成本与周期。已采用的典型产品有：自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。辽宁科技大学学生论文

装饰、广告、服务行业用的不锈钢（一般厚度3mm）或非金属材料（一般厚度20mm）的图案、标记、字体等。如艺术照相册的图案，公司、单位、宾馆、商场的标记，车站、码头、公共场所的中英文字体。

要求均匀切缝的特殊零件。最广泛应用的典型零件是包装印刷行业用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出缝宽为0.7~0.8mm的槽，然后在槽中镶嵌刀片。使用时装在模切机上，切下各种已印刷好图形的包装盒。国内近几年来应用的一个新领域是石油筛缝管。为了挡住泥沙进入抽油泵，在壁厚为6~9mm的合金钢管上切出0.3mm宽的均匀切缝，起割穿孔处小孔直径不能大于0.3mm，切割技术难度大，已有不少单位投入生产。

国外除上述应用外，还在不断扩展其应用领域。

⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人，切割空间曲线，开发各种三维切割软件，以加快从画图到切割零件的过程。

⑵为了提高生产效率，研究开发各种专用切割系统，材料输送系统，直线电机驱动系统等，如今切割系统的切割速度已超过100m/min。

⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用，切割低碳钢厚度已超过30mm，并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术，以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域，解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。

结论

激光从提出到变为现实的发展史用了几十年，从初生到今天无处不再又是几十年，激光及应用实际上是随着社会需求的进步而得以发展。激光的出现和发展又带动了光学，实验等学科的发展。从社会角度看，激光的产生改变了人们的生活，使之更加方便快捷。随着科技的发展，激光技术必将得到更加广泛的应用于我们世界的各个方面，使人类的科技不断进步。我也坚信，我国的激光技术也将会达到世界领先的水平，为我国各行各业的发展提供有利的条件！

参考文献

[1] 董锋,陆雅娟.激光切割工艺及设备[J].CAD/CAM与制造业信息化,2003,(04)[2] 江海河.激光加工技术应用的发展及展望[J]光电子技术与信息,2001,(04)辽宁科技大学学生论文

篇3：冰点和水三相点原理及测量方法

1990年国际温标规定:“冰和空气饱和水的平衡”称为冰点。其温度值为T90=273.15K, t90=0℃“水固态、和汽态的平衡”称为水三相, 其温度指定值为T90=273.16K, t90=0.01℃。水三相点决定 开尔文1度大小。水三相点基本原理可用水相图说明, 如图1所示

水相图中纵坐标P表示压力, 横坐标T表示温度。图中三条实线代表两个区域 (即两项) 交界线, 在线上是两相平衡。所以指定了温度便不能再任意指定压力;压力应由体系自定。OA线代表水和水的平衡, 即水在不同温度下蒸汽压曲线。A点是临界点, 其温度为374℃。压力为217.7大气压。临界温度以上, 液相不可能存在。OB是冰和水汽两相的平衡线 (即冰的升华曲线) , OB线可延长到OC线附近, OC线为冰和水的平衡线, OC线不能无限向上延长。因为从大约2 000个大汽压开始, 相图变得比较复杂, 可有不同结构的冰产生。三条曲线的坡度可自克劳修斯—克莱贝龙方程式求得。O点是三条线的交点, 称为三相点, 在该点三相共存, 该点t90=0.0099℃, T90=273.16K, P=4.57mm汞柱。三相点温度压力皆由体系自定, 不能任意改变。1937年我国化学家黄子卿由实验室测得三相点温度为0.00981±0.00005℃。OD是OA的延长线, 代表水和水汽的介稳平衡。假如把水汽平衡体系温度降低, 蒸汽压沿AO曲线向三相点移动了0点冰应该出现;如果特别小心, 可使水冷至0℃以下而仍无冰出现, 这种现象称为过冷现象。OD线在OB线以上, 过冷的水处于不稳定状态, 它的蒸汽压比同温度下处于稳定状态的冰的蒸汽压大。

以上是纯水的相图。三相点温度和压力都不能任意更改, 但水三相点温度比水的冰点温度高0.01℃。通常所说水的冰点, 是指水在一个标准大气压下为0℃。按1968年国际实用温标规定, 冰点的定义是: “冰和空气饱和水的平衡”, 温度值为T68=273.15K, t=0℃。实际上, 冰点时并不单单是冰, 而是三相共存, 并且当外压改变时, 冰点也随着改变, 好像与相律不符。其实通常所遇到的水 (即便是纯水) , 其中溶有空气, 实际上已不是单纯水的成份。冰和水都被空气饱和, 汽相是空气和水汽的混合物。从相律分析仍有一个自由度。所以, 当压力改变时, 冰点也随着改变, 水中溶有空气就变成溶液, 水不成为纯水。空气及其杂质将水溶液的冰点比纯水的冰点降低0.0024℃。由于水三相瓶是密封的, 瓶内空气被抽空, 因此不受外界压力影响, 而只承受其本身饱和蒸汽压力。这样, 纯水三相点压力将水溶液冰点的压力从一个大气压减少到4.57mm汞柱。这一压力变化, 根据克氏方程式计算, 将温度改变为0.0075℃。使纯水三相点温度比冰点的温度高0.0099℃。即水三相点温度比冰点温度高0.01℃的道理。

2 应用计算说明上述正确性

1) 冰与水平衡曲线的斜率为:

undefined度∕大气压

三相点既是溶解线与汽化线交点, 而三相点温度一定接近于零度。在零度时水的蒸汽压实验值为4.579mm汞柱。这一数值也接近于三相点蒸汽压。通常有空气存在时外压760mm汞柱, 而三相点的外压为4.579mm汞柱。当外压由760mm汞柱改变到4.579mm汞柱时将使温度改变为:

undefined

即外压效应使三相点温度比0℃高出0.007 47℃。

2) 水中溶有空气, 则溶液的冰点必然降低。

实验得到0℃及一个大气压下, 溶解在水中空气的克分子浓度为m=0.001 30, 水的冰点降低常数为1.86。则:

1.86×0.001 30=0.002 42 ℃

说明纯水冰点较空气饱和水冰点高出0.002 42℃

以上两种效应的总和为:

即说明水三相点温度为0.01℃。

计算中使用的外压为4.579mm汞柱, 是个约值。实际水三相点外压为4.582mm汞柱。由于微小外压影响不大, 故对计算无影响。

水三相点温度是由一个装有高纯度和相当与海水同位素成份水的密封玻璃瓶来实现。这种水三相点瓶内, 安放有温度计的轴向内管, 作为测量时插放温度计。水三相点瓶可使插放温度计的内管, 从内部冷却时产生一层厚冰, 然后再从内管内部使这层冰表皮熔化, 得到足以使内管附近产生一层新的水冰交界面。在三相点瓶冻好前几小时内, 所测温度升的比较快。约在万分之几度, 在三天后, 温度就较稳定。开始时温度变化是因为冰结晶的生长或结晶内应变的慢慢消失。如果保存得好, 可使温度保持在0.000 1K恒定达几个月之久。在三相点瓶所测各种不同温度差别不应超过0.000 2K。.如在测量中, 由于光源和太阳光射入冰盖着的瓶, 就会造成较大差异。为此, 在测量时应对辐射光进行屏蔽。

真实水三相点温度, 不是在水三相点瓶任何一点都能测得。只有在冰、水及其蒸汽交界的平衡地方, 才是水三相点温度 (+0.01℃) 。在实际测量中, 也不可能将温度计恰好放在三相交界处, 而是在液体—蒸汽表面下面h深度处。因此, 所测温度, 并不是真实水三相点温度, 而必须加以修正。冰和液体水的平衡温度t68由下式给出:

式中: A=0.01℃, B=-7×10-4m-1℃,

h——温度计插入深度, 以m计。

假如:以水和蒸汽表面到内管低部距离作h (一般h大约0.2m左右) 。将h值代入上式可得:

这由于插入深度不同, 带来最大误差为1.4×10-4℃。由此看出插入深度的影响是不可忽略的, 但一般测量可不予考虑。

为获得水三相点, 必须将水三相点瓶进行冻制。冻制方法有几种:冰盐混合物, 干冰和液氮, 甘肃省计量研究院用低温酒精槽将冷管放入三相点瓶内管里循环冻制。对冻制好的水三相点瓶应稳定一段时间, 待达到三相平衡时再进行测量。

冰点:对一般温度计零位示值测量也可在冰点器中进行。冰点器的示意图, 如图2所示。

1.蒸馏冰水混合物;2.玻璃杜瓦瓶;3.垫物;4.外壳

图2为常用测量冰点的冰点器。这种冰点器实际上是一个普通广口保温瓶中放入冰水混合物即成。

获得冰点器的方法, 可将纯冰破碎成雪花状, 然后与纯水混合, 使其成为坚固潮湿的状态, 充水程度以冰的表面发乌为好。

为了检验冰水混合程度是否合适, 可插入一支合适口径的开口玻璃管, 在提起玻璃管之前, 安住其顶部, 这就引出一个冰水混合物的立柱体。如果混合的浓度合适, 由玻璃管放出的立柱体可在平坦的表面上立住不倒。

用此方法, 可使冰点复现性达到0.01℃以上, 但不易超过0.001℃。在要求非常高的情况下, 0℃的测量就必须使用水三相点瓶进行。

使用冰点器进行测量时。应注意冰和水的纯度以及温度计插放的插直度 (玻璃温度计) 和插入深度 (其它温度计) 。

综上可根据测量要求来使用水三相点瓶或冰点器。

摘要：冰点虽不再作为ITS-90年国际实用温标定义固定点, 但仍然得到广泛应用。因此, 弄清冰点和水三相点原理及测量方法, 对温度计量很重要。

篇4：水切割的原理及应用

关键词：低压水切割机;锚索切割;井下作业

中图分类号： TD82            文献标识码： A            文章编号： 1673-1069（2016）30-165-2

0  引言

由于我国煤矿较多，在进行煤矿开采时较易发生一定煤矿安全事故，近年来，煤矿安全事故已经引起了社会各界的广泛关注。煤矿开采需要进行煤矿巷道的挖掘，经常会出现断层带，且断层带顶板会出现煤质疏松现象，必须通过支护保障巷道的继续挖掘和畅通。此时则需要单独使用锚杆支护加固，必要时需要采用锚索深入顶板岩层进行深不稳定，因此，必须要大量使用锚索。随着煤矿开采工作的进行，工作面后方的巷道顶板并不能够随进度而放顶造成后不出现较大的悬顶。同时，为了避免出现通风死角造成瓦斯聚积或者瓦斯超限，则需要应用相应的锚索切割技术将其拆除，创造有力的通风条件。鉴于此，有必要对低压水切割机解决煤矿井下锚索切割的应用做出分析和研究。

1  传统切割方式与低压水切割技术

1.1 传统切割方式缺陷

煤矿井下作业具有高压水、高温、高湿、粉尘与瓦斯等特征，环境十分复杂多变，对煤矿工作人员的生命安全存在严重威胁，尤其巷道顶板事故近年来更加频发。因此，煤矿井下作业必须要对巷道进行支护。但是，随着井下作业进程的推进，亦需要对支护进行维修与拆除，此时在锚杆与锚索的切割中采用传统切割方式便会产生静电与明火，该点为煤矿井下作业严令禁止的内容。产生该种情况的主要原因在于，传统切割方法为热切割，并不适合在煤矿井下比较复杂且危险的作业环境中应用。应用热切割进行锚索切割时一般会采用手动切割的方式。此时，对锚索的钢绞线进行切割时，无论切割或者拖拉锚索均需要通过人工完成，难以具有较高的切割效率，安全亦无法保障，例如会发生切割片碎裂崩出伤人，手动切割会产生火花进而引起爆炸或者锚索线弹出伤人等诸多危险情况。由此可见，煤矿井下作业中对锚索进行切割时，必须要采用更加安全的切割技术保障作业与人身安全。

1.2 低压水切割技术优势

水射流技术源于“水滴石穿”，是指普通的水在长时间的下滴中亦能够将石头穿透。水射流技术能够将一定量的水通过泵送使其到达高压管路中，再经过喷嘴射出，喷嘴的孔径必须要小于高压管路的直径。同时，若要定量的水能够顺利喷出，必须要加快喷水的速度，以便形成射流。通过水射流，能够有效地切割、磨削、粉碎与冲蚀，且切割的过程中并不会出现粉尘、火花，亦不会产生有毒气体，比较适用于环境复杂且危险性较高的煤矿井下开采作业。

研究者根据水射流技术逐渐研究成功低压水切割技术，并且制造和应用了水切割机。一般情况下，水切割机分为有砂和无砂两种，无砂切割效果不佳，基本没有得到推广和应用，当前所能够见到的，处于使用中的基本均为有砂切割。低压水切割机能够在易燃易爆的环境下，进行安全可靠的切割、破拆作业，在石油化工、煤矿等企业的易燃易爆环境的切割作业，水切割能够从根本上有效杜绝明火或高温引起的火灾和爆炸事故发生，实现安全生产。与此同时，其可以在井下任何有水、有电地点，延长100m进行全方位切割作业。而前混合式供料系统，45MPa工作压力，可以切割100毫米以内任何材质，最大工作压力50MPa，可切割160mm以内任何材质。由于低压水切割机具有相对比较小的体积，能够被广泛应用，受到了多个行业的认可。

2  煤矿井下锚索切割对低压水切割机的应用

由于传统切割方法进行煤矿井下锚索切割时具有比较高的危险性，且效率比较低，可以选择采用低压水切割机设备进行更加安全、便捷的锚索切割。便携式的低压水切割机体积比较小，能够通过液压或者防爆电动机进行驱动，与煤矿井下比较复杂的作业环境相适合。

煤矿井下锚索切割所使用的低压水切割机一般分为主机和切割工装两个部分，其中，主机属于磨料射流的发生设备，而切割工装则相应辅助完成切割执行工作。主机一般由驱动系统、水路循环系统、增压系统和控制系统组成，对于矿井下锚索切割的低压水切割机驱动系统一般为液压站或者防爆电动机。切割工装则包括软轴、手柄、割枪、调节杆、支架等。

采用低压水切割器进行煤矿井下锚索切割时，一般会从索具的根部入手切割，朱亚奥目的在于将锚索的钢绞线切断，逐步将钢绞线与索具拆除，最后拆除锚索。正式切割时必须要将割枪对准索具的根部，沿相连的钢绞线进行小幅度摆动，并且通过对手柄进行控制准确切割。一般在切割时，在枪嘴上加工装，由人工进行操作，水枪正前方有效切割距离大约30cm左右，具有一定安全性。切割时亦需要进行支架的架设，避免出现切割器意外脱落而造成严重事故的情况。另外，辅机与主机之间一般通过套管相连接，该套管以及调节杆均需要采用螺钉将其紧定，避免出现松动脱落的现象。套管一般要从索具的下部套入，且要与索具紧固，以便保证切割作业具有良好的稳定性。割枪在切割前以及切割时均要准确的调节角度，且不要大进度的进行切割，而要小幅度的推进。锚索的切割必须要保证完全切断，以此促使索具自动脱落，具体的切割方式示意图如下所示：

<E：＼123＼中小企业管理与科技·下旬刊201610＼97-197＼60-1.jpg>

低压水切割机切割方式示意图

通过该试验可以发现，低压水切割机能够良好的执行切割任务，且在切割的过程当中所产生的温度一直控制在100℃以内，并不会引燃瓦斯。由此，在煤矿井下瓦斯浓度不定的条件下采用低压水切割机进行锚索的切割，将不会引发瓦斯爆炸的情况，具有比较良好的安全性和稳定性，消除了传统热切割方法在作业中所存在的隐患。

3  低压水切割机的应用趋势

我公司所生产的低压水切割机设备可以在煤矿井下任何有水、有电地点，延长100m进行全方位切割作业，前混合式供料系统，45MPa工作压力，可以切割100mm以内任何材质，最大工作压力50MPa，可切割160mm以内的任何材质。国家安全监管总局、国家煤矿安监局等均对我公司水切割机十分关注，给予了高度的评价和认可，建议高瓦斯矿井推广使用低压水切割机，以保障高瓦斯矿井安全作业，杜绝安全事故隐患的发生。与此同时，国家煤矿安监局技术装备司认为，该产品应研制专用工作，在煤矿多领域推广应用，促使其解决煤矿作业中的安全问题，保障煤矿井下作业和工作人员生命安全。

4  结论

综上所述，低压水切割机主要应用了水射流技术，能够有效地、便捷的、快速的、高效的进行煤矿井下锚索切割，且能够将锚索整体性的拆除，弥补了传统热切割方式所产生的不足。与此同时，低压水切割机在切割的过程中，通过架设相应的支架，首先对支护索具进行切割，能够有效避免巷道顶板垮落的现象，切割过程中亦不会出现静电、明火以及有害气体，温度始终能够控制在100℃以内，不会引燃井下瓦斯，造成爆炸危险，值得煤矿等行业应用并推广。

参 考 文 献

[1] 纪新刚.低压水切割机解决煤矿井下锚索切割的应用[C].第十届全国采矿学术会议论文集——专题四：机电与自动化，2015.

篇5：水切割知识

，这种切割方式称为超高压水切割，

数控水射流切割机由五大部分组成：超高压发生器、数控机床、全自动磨料输送系统、数控系统、整体式切割头。

最简单的超高压水切割机具备两个数控轴，由CNC控制X-Y做数控移动，并能实现CAD/CAM直接转换，真正做到免键盘输入，无图加工，只要在CAD画出的任意复杂曲线，都可以直接

切割成形。

水射流切割机床是一种多用途、性能完善的切割设备，它最大特点是非热源的高能量射流束加工，切割中无热过程，故可切割所有金属和非金属材料，特别是各种热切割方法难

以胜任或不能加工的材料。具有：切口快、切口平整、无尘埃、无热变形、无污染、减少材料浪费等特点。可切割：钛合金、铜板、钢板、铝板、铸铁、花岗岩、大理石、瓷砖、

化纤、木材、布匹、纸张、皮革、塑料等材料。已应用到航空、军工、石材、建筑、装潢等精加工企业.

高压水切割的“发现”起源于苏格兰，经过1的试验研究，才出现了工业高压水切割系统。

1936年美国和苏联的采矿工程师成功地利用高压水射流方式进行采煤和采矿，到1956年，前苏联利用bar压力的水切割岩石。实际上高压水切割不是专利，直到1968年被美国的

哥伦比亚大学的教授在高压水中加入磨料，通过水的高压喷射和磨料的磨削作用，加速了切割过程的完成。

目前，国际上像美国、德国、前苏联、意大利都攻破了超高压水切割的技术，国际上代表性的企业有福禄、英格索兰、百超，最高切割压力可达550MPa，并广泛地应用于石材、

金属、玻璃、陶瓷、水泥制成品、纸类、食物、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶、 等各种材料的切割。中国开展这项工作的研究有近四十年的时间，机械部、航空航

天部、国家船舶工业总公司都先后立项研究，但超高压水切割一直处在实验室阶段，尚未用于稳定的商业运行。为此法因数控与乌克兰合作生产超高压水切割设备，稳定运行压力

可达380MPa，主要元器件采用进口件。合作产品先后用于瑞典阿仁科公司不锈钢板的切割，美国HP墨轮的切割，总装备部废 的切割，并且这项技术合作被科技部列为国家级重

点国际科技合作项目。

国内其它企业也有生产水切割设备的厂家，实际运行压力仅在220MPa左右，属中低压水平。压力愈高，切割的工艺性愈好，切割速度愈快，尤其在厚板切割时，中低压(200MPa)

的水切割机，不能保证被切割材料顶部和底部的切割曲线一致性，甚至切不透，切割速度很慢。法因合作的超高压水切割机，最大的钢板切割厚度为70mm，此时的切割速度约为

15mm/min;最大的石材切割厚度为80mm，此时的切割速度为20-50mm/min。其切割的速度与切割厚度、被切割材料、粗糙度和磨料的选择有关;切割的粗糙度也与被切割材料、切割

速度及磨料的选择有关。

显而易见，超高压水切割有许多优点，但也从技术角度提出更高的要求，如材料的耐磨性、超

超高压水切割又称水刀和水射流，它是将普通的水经过多级增压后所产生的高能量(380MPa)水流，再通过一个极细的红宝石喷嘴(Φ0.1-0.35mm)，以每秒近千米的速度喷射切割

，这种切割方式称为超高压水切割。

数控水射流切割机由五大部分组成：超高压发生器、数控机床、全自动磨料输送系统、数控系统、整体式切割头。

最简单的超高压水切割机具备两个数控轴，由CNC控制X-Y做数控移动，并能实现CAD/CAM直接转换，真正做到免键盘输入，无图加工，只要在CAD画出的任意复杂曲线，都可以直接

切割成形。

水射流切割机床是一种多用途、性能完善的切割设备，它最大特点是非热源的高能量射流束加工，切割中无热过程，故可切割所有金属和非金属材料，特别是各种热切割方法难

以胜任或不能加工的材料。具有：切口快、切口平整、无尘埃、无热变形、无污染、减少材料浪费等特点。可切割：钛合金、铜板、钢板、铝板、铸铁、花岗岩、大理石、瓷砖、

化纤、木材、布匹、纸张、皮革、塑料等材料。已应用到航空、军工、石材、建筑、装潢等精加工企业.

高压水切割的“发现”起源于苏格兰，经过100年的试验研究，才出现了工业高压水切割系统。

1936年美国和苏联的采矿工程师成功地利用高压水射流方式进行采煤和采矿，到1956年，前苏联利用2000bar压力的水切割岩石。实际上高压水切割不是专利，直到1968年被美国的

哥伦比亚大学的教授在高压水中加入磨料，通过水的高压喷射和磨料的磨削作用，加速了切割过程的完成。

目前，国际上像美国、德国、前苏联、意大利都攻破了超高压水切割的技术，国际上代表性的企业有福禄、英格索兰、百超，最高切割压力可达550MPa，并广泛地应用于石材、

金属、玻璃、陶瓷、水泥制成品、纸类、食物、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶、 等各种材料的切割，

中国开展这项工作的研究有近四十年的时间，机械部、航空航

天部、国家船舶工业总公司都先后立项研究，但超高压水切割一直处在实验室阶段，尚未用于稳定的商业运行。为此法因数控与乌克兰合作生产超高压水切割设备，稳定运行压力

可达380MPa，主要元器件采用进口件。合作产品先后用于瑞典阿仁科公司不锈钢板的切割，美国HP墨轮的切割，总装备部废 的切割，并且这项技术合作被科技部列为国家级重

点国际科技合作项目。

国内其它企业也有生产水切割设备的厂家，实际运行压力仅在220MPa左右，属中低压水平。压力愈高，切割的工艺性愈好，切割速度愈快，尤其在厚板切割时，中低压(200MPa)

的水切割机，不能保证被切割材料顶部和底部的切割曲线一致性，甚至切不透，切割速度很慢。法因合作的超高压水切割机，最大的钢板切割厚度为70mm，此时的切割速度约为

15mm/min;最大的石材切割厚度为80mm，此时的切割速度为20-50mm/min。其切割的速度与切割厚度、被切割材料、粗糙度和磨料的选择有关;切割的粗糙度也与被切割材料、切割

速度及磨料的选择有关。

显而易见，超高压水切割有许多优点，但也从技术角度提出更高的要求，如材料的耐磨性、超

高压的密封问题、超高压的安全问题、超高压的可靠性等都是同业关注的焦点。法因

公司现已成功地解决了380MPa的超高压切割问题，目前正着力解决600MPa更高压力的技术攻关，以推动超高压水切割技术的发展，更好地为客户服务。

虽然说超高压水切割可以切割任何材料，但在应用上还是有所侧重的。

水切割的用途主要有三个，一是切割非可燃性材料，如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料，这是热切割无法加工的材料;二是切割可燃性材料，如钢板、塑料、布料、聚氨酯

、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛刺，但水切割加工不会产生燃烧区和毛刺，被切割材料的物理、机械性能不发生改变，这也是

水切割的一大优点;三是切割易燃易爆材料，如 和易燃易爆环境内的切割，这是其它加工方法无法取代的。

一般情况下，能够利用激光、等离子、火焰、线切割、锯、铣削等加工方法基本满足加工工艺要求时，则不宜采用水切割加工，毕竟水切割的运行成本较高，喷嘴、导流套、高压

密封件都是进口的耗材，价格较贵。但当您感到激光和等离子所能切割的厚度太薄，所产生的毛刺太大，所产生的热影响区不利时，您可以考虑选用水切割;当您感到火焰切割的

毛刺太大、粗糙度太差、热影响区太大时，您可以考虑选用水切割;当您感到线切割的速度太慢，并且不能切割非导电材料时，您可以考虑选用水切割;当您感到铣削的方法产生

了许多废屑，造成了很大的浪费时，您也可以考虑选用水切割，因为水切割不会产生废屑，而是整片切割，水切割加工割分开的材料大多是可利用的;当您感到使用圆锯和带锯太

慢，而又不能进行非直线切割时，您照样可以考虑选用水切割;当您切割易燃易爆材料或在易燃易爆的环境下切割时，更必须考虑选用水切割;当您切割时不想产生毒副气体、不

需二次加工、不想产生热效应或变形或微裂缝、又想产生良好的切边品质并能同时切割细小的孔时，您更要考虑选用水切割。总之，水切割是一种万能的切割方式，但某些场合下

的使用并不是最佳的，所以选择时要做具体分析。

从水质上分，超高压水切割有两种形式，一是纯水切割，其割缝约为0.1-1.1mm;其二是加磨料切割，其割缝约为0.8-1.8mm。 从结构形式上分，可有多种形式，如：二至三个数

控轴的龙门式结构和悬臂式结构，这种结构多用于切割板材;五至六个数控轴的机器人结构，这种结构多用于切割汽车内饰件和轿车的内衬等。

水切割的切割精度介于0.1mm至0.25mm之间，其切割精度取决于机器的精度、切割工件的尺寸范围及切割工件的厚度和材质，通常机器的系统定位精度为0.01mm至0.03mm。

水切割所用的磨料为石英砂、石榴石、河砂、金刚砂等。 磨料的粒径一般为40-70目，磨料的硬度越高粒径越大，切割能力也越强，我公司水射流磨料采用的是60目石榴石。

高压水切割方法的优点：

无机械、加热所引起的或化学反应对工件的影响。

材料便于处理。

所有种型的材料都能进行切割。

较好的切割断面。

即使硬质材料或很厚的材料，也能加工出精细的零件

。

能切割任意复杂轮廓。

低材料损失。

复合材料或多层材料切割前钻孔。

高压水切割的特性：

实际切割面刺，通常不需要再进行后处理。

可配置双切割头增加生产率。

切割波动被水吸收，噪音很低。

低温加工，无烟尘且不产生有害气体，有利于环境保护。

通过集成的碎屑输送带，连续传输废磨料和切割余料。

篇6：水切割的原理及应用

智研数据研究中心网讯：

内容提要：水射流技术真正应用于切割市场，在国内仅十几年的时间，目前超高压水切割机行业仍处于成长的初期阶段，市场对该产品还较为陌生，对水切割技术的认知度不高，对水切割的广泛适用性尚不了解。

（1）行业推广成本高、周期长

水切割技术目前广泛应用于机械设备制造、不锈钢制品、轨道交通、压力容器、电气设备、航空航天、汽车、复合材料、建筑装潢、石材陶瓷加工、玻璃加工等领域，而不同行业的客户对材料切割的个性化需求存在较大差别。这就要求水切割机制造商能够根据各个行业的不同特点，提供个性化的解决方案。而对每一个下游细分行业的需求进行深入调研和开发过程中，都需要水切割机制造商投入较大的研发、人力和财务成本，在国内厂商目前总体规模不大的条件下，高昂的开发成本延长了超高压水切割产品在细分行业的推广周期。

内容选自智研数据研究中心发布的《2011-2015年机械设备行业市场前景预测及行业调研报告》

此外，超高压水切割机作为一种生产加工设备，对于切割领域的很多中小客户来说，传统切割器具的应用在其心目中已形成惯性，更新替代存在一定的资金成本和投资风险。因此，在产品推广过程中，客户往往都会根据自己的特殊需要，亲自进行产品试验和调研，再做出购买决策，从而一定程度上影响了水切割机的市场拓展速度。

（2）产品认知度不高