為了降低生產成本，工程制造部門始終在找尋更優越的切割方法。水刀技術賦有許多獨到的功能和優點，能夠十分有效地降低成本。

水刀技術也是世上公認的最通用的也是發展得最快的技術。相對其它切割技術而言，水刀不會產生有毒有害的氣體或液體，并且也不產生有毒有害的物質或蒸汽。水刀加工后，在被加工件表面不會產生熱反應區或者機械應力殘留。水刀確實是一種萬能的、高產能的冷切割技術。

水刀的歷史

Norman Franz博士被尊稱為水刀之父。他第一個實現了超高壓的瞬間迸發，把超高壓水射流技術作為切割工具來應用。當水的工作壓力超過30Kpsi時，便成為超高壓水射流。

在1979年，為福祿研究室工作的Mohamed Hashish博士著手于研究各種方法來加強水刀的切割能量。目的是要讓水刀可以切割金屬以及其他硬質物質。Hashish博士后來被稱為含砂水刀之父。他發明了在普通水刀中加砂的技術。他所用的是石榴石研磨砂。這是一種砂紙常用的研磨砂材料。用摻砂的方式，含砂水刀實際上能夠切割任何物質。在1980年，含砂水刀第一次被應用于切割鋼板、玻璃和混凝土。在1983年世界上第一臺商用含砂水刀切割系統被用來切割汽車玻璃。之后含砂水刀技術有被證實可被應用于航空航天工業領域。航空航天工業者認為含砂水刀是一種出色的工具，可以用來切割高強度材料，比如鉻鎳鐵合金，不銹鋼，以及鈦合金；也可以用來切割高強度輕質復合材料，比如常用于軍用和商用飛機上的碳纖維。從那時起，含砂水刀就已經被引見應用于許多不同的工業領域。

無砂水刀及加砂水刀，兩者都有獨特的有利于現代工業加工的性能。

無砂水刀

無砂水刀是一種用水直接進行切割的方式。早在1970年代，無砂水刀開始被商業應用于切割瓦楞紙板。大量的用戶將無砂水刀應用于切割紙尿布，薄棉紙，以及汽車內飾上。在切割薄棉紙或者紙尿布時，無砂水刀作業所產生的少量水汽要比人為接觸或者呼吸所造成的水汽少許多。對于一般的非水刀式的切割工藝所造成的意外停機給紙尿布或者薄棉紙生產者造成了大量經濟損失。而水刀設備可以為以上工業應用提供全天，全周，全年的安全使用，保養操作都可以安排進生產中。

◆ 無砂水刀的特點

非常細小的水射流（通常粗細在0.004至0.010英寸）；可以加工極復雜的圖形；切割時材料的損失非常有限；不是熱切割；可以切割非常厚的材料；也可以切割非常薄的材料；通常切割得非常快；能夠切割軟的，會有反光的材料（比如，厚到0.24英寸的玻璃纖維的絕緣部件）；產生極其小的作用力；簡單的固定夾具；可全天候作業。

◆ 無砂水刀切割刀頭

基本上水射流形成的過程可以描述為水流通過泵，高壓管線，然后由噴嘴噴出。

在水切割工藝中，材料的切割過程可以描述成一種超音速刻蝕的過程。并不是因為壓力，而是由于水射流本身的速度才能切除材料上的細微的部分和顆粒。壓力和速度是能量的兩種不同的形式。那么，水壓是如何轉變成水速這樣的能源方式的呢？答案在一片小小的寶石上。一塊寶石被粘在了高壓管的頂端。在寶石上，我們鉆了一個極小的孔。高壓水流在通過寶石孔時就將壓力轉變成了速度。40Kpsi壓力下水射流穿過寶石孔時產生2倍音速的流速；如果是60Kpsi的壓力下則可以產生3倍音速的流速。#p#分頁標題#e#

對于標準切割作業而言，無砂水刀的寶石口口徑的范圍在0.004至0.010英寸。

通常有三種不同材質的寶石噴嘴（藍寶石、紅寶石和鉆石）。每種材質都有其獨特的性能。藍寶石是目前常用的寶石噴嘴材質，它是一種人造的單晶體寶石材料。藍寶石噴嘴造出的水射流有較好的品質，如果配合使用較好的水質，其使用壽命可達50至100個工作小時。在含砂水刀的應用中，藍寶石噴嘴的使用壽命比無砂水刀的少1/2左右。

紅寶石材質的噴嘴也可以用于含砂水刀作業中。其造出的水射流特性非常適合于含砂水刀，卻不太適合無砂水刀。

鉆石噴嘴常用于使用壽命要求長的地方（比如要求800至2000小時的使用壽命）。其單價較高。鉆石噴嘴經常用于全天候的作業環境。與其他寶石噴嘴不同，鉆石噴嘴有時也可以經超聲波清洗后重復使用。

含砂水刀

含砂水刀與無砂水刀存在一些不同之處。無砂水刀通過水射流刻蝕材料。而含砂水刀通過水射流加速砂射流，用被加速后的砂射流去刻蝕材料。含砂水刀的能效是無砂水刀的成千上萬倍。當然，無砂水刀和含砂水刀都有其各自的應用領域。無砂水刀可切割較軟的材料，而含砂水刀則用于切割硬質的材料，比如金屬、石材、復合材料以及陶瓷材料。在標準狀態下，含砂水刀可以切割硬度達到或稍稍超過氧化鋁陶瓷的材料（氧化鋁，AD99.9）。

◆ 含砂水刀的特性

超常的萬能切割技術 ；無熱反應區 ；無機械應力；容易編程控制 ；極細的水射流（直徑約0.020至0.050英寸）；可加工極其復雜的圖形 ；薄壁材料的加工 ；10英寸厚度的材料加工 ；層疊加工；切割時造成極少的切屑；工件固定夾具簡單 ；切割時的作用力小（小于1磅）；只需裝一種刀頭，就可以加工幾乎所有的作業 ；容易從單刀頭升級成為多刀頭 ；可快速地從無砂水刀切換成為含砂水刀；減少二次加工的操作；無噪音。

◆ 含砂水刀切割刀頭

所有含砂水刀系統中都有一套無砂水刀系統。研磨砂是在無砂水射流形成后再加入水射流中。然后，研磨砂就被加速，象來復槍膛里的子彈一樣，射出砂刀管。

含砂水刀所用的砂是一種硬質砂，是特別篩選和按目數細篩后獲得的。最通用的砂是石榴石砂。石榴石砂是一種硬質、耐磨且便宜的砂。就象五金商店里擺放的粉紅色砂紙一樣，不同目數的研磨砂用于不同要求的作業：120目——制造光潔的表面；80目——常用的，一般用途；50目——切割比80目要快點，當然切割表面會毛糙點。

砂刀管就象來復槍管的作用一樣來加速研磨砂礫。砂刀管有如寶石噴嘴一樣有許多不同的尺寸和使用壽命。砂刀管一般約3英寸長， 1/4英寸粗細。其內孔口徑約從0.020至0.060英寸不等。通常情況都是0.040英寸。

雖然含砂水刀設備操作簡單并且不易受損，還是需要提醒操作者小心使用砂刀管。含砂水刀的主要技術就是發明了這種真正擁有長使用壽命的砂刀管。不幸的是，這種長使用壽命的砂刀管卻比其原先基于鎢碳材質的刀管更加易碎。如果切割刀頭運動時碰到了夾具，重物，或者被加工材料的話，砂刀管就會斷裂。斷裂的砂刀管是不能修復的。現在很多改進的含砂水刀系統都配置了碰撞感測器來避免砂刀管的斷裂。

砂刀管口與被加工材料表面的距離通常是0.010至0.200英寸。距離大時（比如大于0.080英寸）就會造成被加工零件表面的切割邊緣出現霧化現象。許多水刀系統通過水下切割技術或其他相關技術來避免或消除這種霧化現象。 #p#分頁標題#e#

含砂水刀的主要消費品有：水、研磨砂、寶石噴嘴（通常是紅寶石的）、以及砂刀管。研磨砂和砂刀管是含砂水刀的獨特標志。其他的消費品在無砂水刀系統中也會用到。