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水刀与激光这两种切割方法之间,有什么区别和相似之处?

激光设备网 技术资料 2021-04-14 08:34:22 10 0 | 文章出自:制造原理

如果说要对材料进行切割,有很多方法可以实现,用锯切,还有用气切等方式,都可以实现对各种材料的切割。

但这些切割方法都并不完美,所以后来又发明出了水刀切割和激光切割,这也是现在广泛使用的切割方式,事实证明,这两种方式也是业内最有效的切割解决方案。

但是人们并没有停止寻找更好的切割方式,例如说一些精密金属零部件的加工,或者是一些新材料的切割,就需要寻找新的切割方式,继而就研发出了独特的水刀激光切割技术

首先来看看水刀与激光这两种切割方法之间,有什么区别和相似之处。

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定义

水刀,就是以水为刀,通过将水在容器内增压到超高压,再经过极小的喷嘴射出高压水流,从而实现对材料的切割;为了增加切割能力,还会将一些石榴砂,金刚石等磨料添加在水中,是一种现在广泛使用的切割方式。

激光切割,是通过机器制造出高功率的激光束,再照射到需要切割的材料,激光所产生的高温会将照射的材料熔化或者汽化,从而实现对材料的切割。

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切割的材料

水刀,在可切割材料方面几乎没有限制,水刀切割时不会让材料产生热量,从而避免了被切割材料会产生的熔化,翘边,弯曲,燃烧等现象;水刀切割的常见材料类型包括塑料,橡胶,石材,瓷砖,不锈钢,以及其它金属等。

激光,激光能够切割更广泛的金属,包括不锈钢和碳钢,以及铝和多种合金,某些激光可以切穿诸如木材,玻璃或塑料之类的非导电材料,但是激光产生的热量会对一些金属产品产生影响。

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切割的厚度

水刀:水刀切割材料的厚度并没有限制,主要还是要看所射出来的水流压强大小,压强越大就能切割越厚的材料。

激光:在一般的机械车间中,大多数激光可以切割2厘米左右的金属,但是切割材料厚度也要根据金属而异,金属的熔点和导热性都会影响到激光切割的厚度;激光切割机的优势在于,它能够以比水刀高得多的速度切割更薄的材料。

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切割的精度和质量

水刀:水刀的切口宽度在0.7毫米左右,切割面非常细,在某些情况下几乎达到机器的质量,但切缝的顶部到底部会有一些误差,材料越厚这种误差就会越大。

激光:激光的切割误差比水刀要小得多,当在小零件上切割紧密的几何形状或需要将零件紧密嵌套在一起时,使用激光切割就能实现,并且激光切割可以让切割型材表面更加干净和光洁,但随着厚度或速度的增加也会留下一些条纹。

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比较总结

水刀:水刀切割是一种精确且用途广泛的切割方法,可以切割各种广泛的材料和厚度,虽然在某些材料中水刀的速度不如激光快,但可以提供高切割的质量,还不会产生影响材料的热量。

激光:激光切割非常快且准确,但需要取决于材料和厚度,在一般情况下,激光的速度和精度都非常高,较厚的材料或者会受到热量影响的材料,最好找到另一种切削方法。

水刀激光切割

随着碳纤维增强聚合物,以及陶瓷基复合材料等新材料的出现,这些新型材料的机加工成为一个问题。

无论是水刀还是激光切割都有着一些缺陷,为了应对这一挑战,就开发了水刀激光切割技术来加工这类高级复合材料。

水刀激光切割是一种混合加工方式,也被称为激光微喷,是将激光与“细细的”水射流结合在一起,水射流(水刀)通过与常规光纤类似的方式精确地引导激光束从而实现切割,水刀不断冷却切割区并有效清除切割时产生的碎屑。

该技术最先是应用在半导体晶圆切割上的,随着技术的成熟,逐渐推广到医疗设备,钟表加工,燃气和喷气发动机涡轮叶片,半导体设备的机械加工以及超硬工具制造过程中的材料切割。

激光通过聚焦后会形成激光束,穿过加压水腔时就会推动水向前流动,并聚焦到喷嘴中,最后激光束将和水流一起从喷头中射出。

这个水流里是不加磨料的,所以切割主要还是靠激光,水的作用是利用水柱引导激光不分散,聚集激光能量切得更快,还有降温和清除碎屑作用。

从喷嘴到切割工件上的这段距离,激光束并不会分散,而是在水柱中不断反射前进,原理上类似于光纤传输,激光束可以在长达10cm的距离被引导,从而实现整齐的切缝,无需再次聚焦或距离控制。

水刀激光切割能够获得非常高的切割质量,对材料没有热损伤,没有燃烧或热降解,毛刺更少,表面更光滑,直边切割有更高的精度,有助于保持孔径的高精度等优点,并且水刀可以不断冷却切割区,能够有效清除切割时产生的碎屑。

水刀激光切割对于加工者来说,它可以有更快的生产速度,更广泛的加工材料,更高的可靠性和更高的切割质量,实现更低的切割成本。

而随着更多新材料出现,水刀激光切割所有的这些特点,也将被更广泛的使用。

参考资料:百度百科,Synova SA-公司

文中图片截取自Youtube《When water meets light_ Laser MicroJet explained》

文中Gif截取自Youtube《Interesting - Exploding Skateboard Wheel With A 60,000 PSI Waterjet Cutter - Slow Motion Cutting》


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