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3倍音速的水流，堪称最锋利的刀，切金刚石（如图1）如同切豆腐！

水刀，又叫高压水射流切割技术，利用超高压技术将自来水加压到高压（一般300-500MPa），稳定的高压水再通过细小的喷嘴（喷嘴直径一般0.1-0.4毫米不等），以将近三倍音速喷射而出（约800 ~ 1000米/秒）。高速射流具有很高的能量，可用来切割各种软性材料。如果再加入水刀砂，几乎可以切割所有软硬材料，厚钢板，防弹玻璃（如图2.3），甚至于最坚硬的金刚石都不在话下。毫无疑问，水刀是目前世界上最锋利的“刀”。

水切割速度快，效率高，成本低，更重要的是不影响被切割物的物理化学性质，现广泛用于各种材料的切割。相比较激光切割设备，水刀价格相对便宜，市场上数千到数万元不等。

水刀工作的关键在于，能产生高压水射流，其结构复杂，如图7，9。首先供水系统将自来水净化处理，然后将水注入低压区，随后通过活塞加压到达增压器。在增压器中，油泵推动液压缸中活塞往复压缩将水持续增压，产生高压水。而反复增压的水压并不稳定，需要利用蓄能器稳定水压，再由蓄能器向喷嘴供应高压水射流。

水刀的喷嘴，决定了切割的性能和切割的准度。市面上喷嘴的价格也相差极大，几十块到几千块不等。喷嘴上的不锈钢是具有超高硬度、抗氧化、耐腐蚀的316不锈钢。其中心是天然的宝石，不同的宝石其耐磨损能力有明显差异，其中钻石性能最佳。以宝石做中心材料，主要是因为其硬度高，导热性能好，切割时散热快。

为了提高切割性能，从喷嘴处添加磨料，也就是水刀砂，与水流混合。通常使用粒度30-150目的二氧化硅、氧化铝或石榴石做磨料，其中80-100目的石榴石最为常用，如图8。

水刀一般都带有数控系统，事先电脑编程，喷嘴根据电脑设定好的指令在轨道上移动，精确地在被切割物上高速喷射水流，完成切割工作。

水刀和激光切割谁会更胜一筹？就其应用范围来说，水刀几乎没有限制，切割过程不会产生太多热量；激光主要用来切割金属类材料，其原理就是通过局部高温进行切割，对于热敏感的材料不合适。虽然水刀的应用范围很广，而对于某些精密的材料，激光切割要比水刀误差更小，切割更快。

取长补短，也就出现了水刀激光混合切割方式。这里切割主要靠激光，水流主要是引导激光汇聚，激光在水流中不断反射前进，这样切缝更整齐，能量更集中，切割更快，同时水流具有降温和清洗碎屑的作用，如图10.11.12。

因此，水刀激光切割具有更广泛的切割范围和更高的切割质量，该切割方式目前已被广泛用于高端的设备和精密材料的切割，包括半导体晶圆，医疗设备，航天发动机切割等等。#我来科普# #微头条日签#

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