摘要在古代,拥有一把淬炼锋利的剑,绝对可以在战场上所向无敌。这是无数英雄毕生的追求。不过,如果你问现在最锋利的刀是什么,大概就是水刀了。水不仅有柔弱的一面,也有刚强的一面,所以在中国古代……在古代,拥有一把经过时间锤炼、锋利锋利的好刀,绝对能让你在战场上所向无敌。这是无数英雄毕生的追求。不过,如果你问现在最锋利的刀是什么,大概就是水刀了。
水不仅有柔软的一面,也有坚硬的一面。因此,中国古代有滴水穿石之说。人们相信世界上最锋利的物质是水。无论多么坚固的物体,长年累月都会被水滴的跳动击穿。也许正是从那时起,人们开始用水来切割那些坚硬的物体。让我们看看世界上最锋利的水射流是什么以及它有多锋利。
1.什么是水射流?
水刀,以水为刀,原名高压水射流切割技术。这项技术最早起源于美国,并应用于航空航天和军事工业。它之所以受欢迎,是因为它的冷切割不会改变材料的物理和化学性能。后来,技术不断改进,将其他磨料混入高压水中辅助切割,大大提高了水射流的切割速度和切割厚度。
水射流切割机集泵、阀门、密封件、液压、自动控制于一体。它由高压泵、加工平台、射流切割头、传动系统、水开关控制系统组成。它是一种冷切割技术。水刀不受材料种类限制,可对任何材料进行任意曲线一次性切割加工;切割时产生的热量会立即被高速流动的水射流带走,不会产生有害物质。冷切割无热效应,切割表面良好,无需或容易二次加工,加工时不变形,清洁环保,更快、更高效、方便灵活,应用广泛。水切割是一种成熟的切割工艺,具有良好的适用性。水射流已广泛应用于陶瓷、石材、玻璃、金属、复合材料等众多行业。
2、水射流的发展
20世纪40年代,美国人设计了一个小喷嘴,将水加压使其高速流出,可用于工业加工。也证明了水射流具有更大的切割能量,这也是真正的水射流。后来苏联人将水切割的压力提高到200MPa,可以切割更多的物体。到了20 世纪60 年代末,高压水流中开始添加金刚砂和石英砂等磨料。这使得水射流的威力更加强大,几乎可以切割任何坚硬的物体。进入新世纪后,水射流的发展和应用更加迅速,改变了整个切割加工行业,正在向智能化发展。现在有三轴、四轴、五轴甚至机器人喷水器。
3、水射流的工作原理
水射流切割机采用液体增压原理。它通过特定的能量转换装置(增压器或高压泵)将电机的机械能转换为水的压力能。压缩水通过直径微小的宝石喷嘴喷出。最后将压力能转化为动能,从而形成高速水射流对工件进行加工。
水射流能有如此强大的爆发力。除了外部的高压之外,自身的强大实力也不容忽视。一般来说,普通水刀只能切割软质材料,但是如果有切割硬质材料的需要,比如想要切割钢材怎么办?这时候看来光靠水刀是不够的。还需要增加水资源本身硬度的水刀砂。通常添加的水刀砂的粒度在30至150目之间。目前常用的水刀砂有二氧化硅、氧化铝或石榴石三种。高压水管道不能添加磨料,因为容易磨损管道。为了应对高水压,喷嘴通常嵌入金属材料,配有蓝宝石或红宝石喷嘴。喷嘴按照计算机设定的指令在轨道上。移动并准确地将水喷在物体上,完成切割操作。
其中,水射流切割机喷嘴孔的大小决定了压力水平和流量,可以根据具体的应用环境进行调整。水射流切割机也凭借其强大的切割性能和加工精度及效率,应用于各个领域、各种材料。广泛使用。
4、水射流的威力
水射流采用超高压技术,将普通自来水加压至300MPa500MPa的压力,然后通过内孔径较小的喷嘴喷出,形成高速射流。这种射流能量高,可用于切割软质材料。如果在射流中加入适量的磨料,则可以用来切割几乎所有的软质和硬质材料。因此,毫无疑问,水射流是世界上最锋利的“刀”。水刀切割时产生的热量会立即被高速流动的水射流带走,不会产生有害物质。材料无热效应,还可实现任意曲线的切割加工。
水射流能切割的东西主要是由水压决定的。当水加压到30MPa以上时,就成为低压水射流,可以进行一些简单的切割工作。当水加压到100MPa时,就成为高压水射流,可以满足大多数切割任务。当水压超过200MPa时,就是超高压水射流,甚至可以切割金刚石,而且切割宽度只有几毫米。目前最高切割压力可达600MPa。国内商用水切割设备一般工作在200MPa~400MPa左右,最高达到420MPa。
水刀成为行业加工工具后,开启了切割加工的新历史,也被誉为下一个时代的工业趋势。水射流切割时的水压有多大?有人使用水射流来切割橡胶辊。当水柱接近时,滚筒快速旋转。在水柱的不断冲击下,它的旋转速度越来越快。轮子开始膨胀变大,最后爆炸并弹开。
几块防弹玻璃叠在一起,厚度有十厘米,在水射流面前很容易被击倒。
当自然界中最坚硬的物质钻石遇到世界上最锋利的水射流时,瞬间分裂成两半。
谁能想到原本弱小的水,在水射流中却能产生如此强大的爆发力?世界上还有水射流不能切割的东西吗?
参考:知乎《机械原理》
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