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水刀(Waterjet),又称高压水射流切割技术,是一种以高压水流为主要能量源,通过超高压泵组加压后喷射出高速水流,完成材料切割加工的先进技术。该工艺广泛应用于金属、石材、玻璃、陶瓷、复合材料等多种材料的切割,具有冷加工、无热影响区、高精度、切缝窄等显著优势,特别适用于对热敏材料或高精度要求较高的领域。
水刀按照是否添加磨料可分为两类:纯水切割和磨料水切割。前者主要用于软质材料如橡胶、泡沫等,后者则在水流中加入石榴石等磨料,能够实现对金属、陶瓷等高硬度材料的切割。磨料水刀在航空航天、汽车制造、军工和电子精密加工等领域展现出强大的适应能力和加工效率。
水刀的动力来源于泵组系统,通常采用增压泵或直驱泵,使水压达到200~400 MPa,并通过微小喷嘴形成高速射流(速度可达音速的3~4倍)。这种高速射流具有极高的动能,在不改变材料组织结构的前提下完成物理切割。与激光、等离子等热切割技术相比,水刀具有无热影响区、不易产生毛刺和微裂纹、环保无粉尘等优点,特别适合用于精密模具、复杂结构件或异形工件的切割任务。
水刀切割技术的发展不仅依赖于泵组和喷嘴等关键部件的性能提升,还与数控技术、路径优化算法、磨料回收系统等密切相关。当前,研究重点集中在提高切割速度、控制切割精度、降低能耗与维护成本方面。随着智能制造和绿色制造的推进,水刀作为一种柔性、高效、绿色的精密切割工具,在现代制造业中的应用潜力将进一步拓展。