由于水射流切割用途廣泛且易于操作，已成為世界上發展最快的機床加工技術之一，通過使用超高壓水進行切割能帶來更高的效率和生產力。它只需要少數的輔助操作，無需加熱區域、無熱變形或者其他切削方法導致的機械變形，能夠加工狹窄的缺口。株洲聯誠集團有限責任公司胡勝成為大家分享水切割進行鋁合金板材下料的相關技術。
　　水切割原理
　　當水被加壓至很高的壓力并且從特制的噴嘴通過時，可產生一道每秒達近千米(約音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各種軟質材料，此種切割被稱為純水切割。而當少量的砂被加入與水混合時，所產生的加砂水射流可切割任何硬質材料，包括金屬、復合材料、石材和玻璃等。圖1為水射流工作原理。
　　圖1
　　水切割技術的應用
　　我公司使用美國福祿水切割機來進行軌道車輛部件鋁合金板材的下料。公司用于鋁合金板材下料主要有三種方法：激光切割、水切割和等離子切割。激光切割主要用于薄板，一般板厚在4mm以下。等離子切割一般用于厚板切割，一般板厚在20mm以上。而4-20mm的鋁板下料主要采用水切割。公司目前有福祿水切割機三臺，型號為MACH3—4020b SWJ 50i—s，都為懸臂式切割機，如圖2所示。
　　（1）水切割的優點
　　水切割與其他兩種切割方式比較，激光切割主要用于薄板，等離子切割則切割表面粗糙，圖3和圖4為水切割和等離子切割工件的切割表面比較。使用水切割的優點主要有：①切割時不產生熱量，板材無熱影響區，變形小。②切割面光滑，下料后可不需進行機加工。③可切割非常復雜的幾何形狀。④切割速度快。⑤切割精度高。⑥可切割金屬與非金屬任何材料。⑦材料切割損失非常少，成本較低。⑧可切割薄板和厚板，可進行堆積切割（即幾張板疊加在一起切割）。⑨水射流切割不使用有毒氣體或液體，不會產生有毒的物質或蒸汽。
　　（2）水切割的主要操作參數
　　水切割的主要操作參數有：水壓、切割速率、砂料粒度、噴嘴和混砂管內徑、混砂管基準距及砂料流率等。
　　水壓：一般調整水壓至40000~55000psi（275.8 ~379MPa）。水壓較高產生較快的切割速率。
　　砂料粒度：水切割的砂料粒度通常為120mm、80mm和50mm。不同的粒度對部件精度的影響大不相同。粒度對表面質量和整體切割速度具有重大影響。砂料越細（是指粒度大），切割速率越慢，表面越光滑。鋁合金的切割最常用的砂料為80目（0.180mm）的石榴砂。
　　切割速率：切割速率越慢，表面越光滑。當切割速率增加時，表面質量降低。然而，具有一平衡點，如果進一步降低切割速率并不會改善表面質量。
　　混砂管基準距：混砂管基準距是指工件表面和混砂管尖端之間的距離。應保持基準距小于或等于與混砂管的內徑，一般應維持在0.01~0.10in（0.254~2.54mm）。如果基準距過大，噴砂流會在切割之前散開，造成較寬、較大角度的切縫，且增加操作成本；反之基準距過小，混砂管會損害切割表面或破壞切割頭組件。砂料和水也可能逆流至切割頭和進給管內，尤其是在穿孔時。
　　噴嘴/混砂管內徑：常用的噴嘴/混砂管組合為010/030、013/030、016/040。一般對于比0.25in（6.35mm）更薄的材料，使用010/030組合，以減低切割速率并減小切縫。對于較厚的材料（0.25in以上），一般使用泵浦所能支持的最大切割頭操作，選用016/040組合，能以較低的成本進行較快的切割。
　　砂料流率：對于特定壓力，每一噴嘴/混砂管組合具有一最佳砂料流率。使用最佳值大或小的砂料流率會增加成本并或許將會產生較慢的切割速度。
　　圖2
　　圖3
　　圖4
　　水切割常見質量問題及解決辦法
　　（1）斜度
　　高速切割時切割面會形成V形斜度。切割速率增加時，斜度也會增加。可通過減緩切割路徑或增加切割能力來降低或消除斜度。此外，使用動態水切割系統時幾乎不會產生斜度。
　　（2）操縱器痕跡
　　由不一致的操縱器動作引起的表面缺陷。如果操縱器振動或變化速率，在過渡區上切割表面會看到痕跡。
　　（3）條紋
　　主要發現于切面下區的水痕，在切過厚材料時，噴射流散失切割動力所產生的。諸如不良操縱器移動或砂料結塊等不一致現象會大幅增大條紋。
　　（4）弧形向外掠出
　　當高速切割厚材料時，水流射出點將較水流射入點落后。轉角或小半徑時會引起水流較下部位向外偏離，造成不正確的切割。為避免此現象，操作者必須在所有的小半徑處減慢噴嘴移動速率。
　　（5）射出口毛邊
　　切割薄材料時，會出現射出口毛邊。可利用較小的噴嘴/混砂管組合并使用較小的砂料，以較高的壓力噴出限制射出口毛邊。
　　砂料、水質要求及成本
　　砂料必須使用經認可的砂料。因為砂料的種類和品質非常重要，未經認可的砂料含有諸如氧化矽、砷、汞、或氯化物會潛在危害健康，故未經認可的砂料會大幅減少切割性能，增加操作成本。只有使用經認可的砂料，才能使切割頭內耐磨耗組件獲得最大使用壽命。
　　切割水的水質是影響機床部件使用壽命和性能的重要因素之一。由于切割水中所溶解固態物質（特別是鈣、二氧化硅和氯化物）的最高濃度會影響高壓部件的使用壽命，因此水切割機有一套軟化水處理裝置，以處理水質，達到切割軟水要求。水質標準可根據水質化驗分析確定水處理要求。
　　加砂水射流切割中的耗材是水、砂料、噴嘴以及混砂管，砂料和混砂管是加砂水切割所獨有的材料。其他耗材也可用于純水水切割。砂料的成本占設備運作成本的2/3。工件越厚越硬，所需耗砂量越大；另外耗砂量也取決于所選擇的砂嘴墊圈、噴嘴和混砂管的尺寸。通常砂耗量為：150~700g/min。磨料傳輸采用壓縮空氣控制送砂，真空負壓方式混砂，能精確控制切割用砂的流量。在切割頭上裝有中間儲砂器及計量裝置，能無級調節切割用砂流量。
　　但想要通過降低砂料流速降低運行成本，是錯誤的。生產力是每英寸成本，不是每小時成本，每小時花多長時間運行加砂水切割并不重要，重要的是在給定的時間內生產出多少工件。必須快速生產工件以消耗間接費用（勞動力、設施、租賃費用等）。使用水切割機最大的功率和最高砂料流速盡快進行切割。
　　結語
　　（1）水切割由于其設備簡單、成本低廉等優點已得到了越來越廣泛的應用。水切割技術的應用將會更為廣泛，除了切割各種材料，還用于工業清洗、沖孔、粉碎材料等。最近，福祿還采用超高壓水切割成功實現殺菌，而不產生熱效應。
　　（2）對易熱變形材料的加工，水切割更具獨特的優越性。目前我公司水切割機主要用于鋁合金板材的下料，對于碳鋼由于考慮到遇水易生銹等原因，而采用數控火焰等切割方法。而對于不銹鋼薄板，由于對下料的精度較高而采用激光、步沖等方法。