水切割技术在钛合金材料加工中的优势

钛具有活泼的化学性质，当加热到大约250℃时开始吸收氢；当温度达到600°C时，它迅速氧化、氮化并吸收氢气。当温度高于1000℃时，它与碳化结合。所以火焰切割一般不适合切割钛材。目前常用剪切、激光、等离子和水切割来切割钛板。由于现有激光技术的限制，大多数激光切割设备无法切割厚度大于12mm的金属板。用剪板机剪切的钛板容易变形，但不容易矫直平整。对于厚度大于12mm的钛板，国内企业大多采用等离子切割。但由于等离子切割是一种熔化切割方式，切割过程会造成钛热影响区大量吸氢和碳化，导致钛的性能恶化。

钛合金作为一种高强度合金材料，以其优异的高比强度、良好的耐腐蚀性能、超强的断裂韧性和抗疲劳性能，被广泛应用于航空、航天等高端装备领域，被誉为21世纪最具价值的战略金属材料。钛合金的用量常作为衡量飞机选材先进程度和航空工业发展水平的指标，与飞机的作战能力密切相关。机械制造的目的是制造满足形状精度和使用性能的零部件。但由于钛合金强度高、导热系数低、易与刀具粘附、与刀具亲和力强等特点，在加工过程中容易造成表面加工质量差。比如加工过程中产生的切削热不容易扩散出去，往往集中在一些小区域，导致局部切削温度过高，从而造成表面烧伤，进而影响其表面完整性。因此，如何保证钛合金材料的高表面完整性制造已成为科研人员亟待解决的科学问题。

与其他切割方法相比，水切割技术显示出突出的优势。水切割技术是一种冷加工方法，具有工件温度低、无热影响区、切割时无热变形等特点。在钛切割方面发展很快。

水切割，即高压水射流切割技术，是将水加压到400MPa以上，然后通过微小的喷嘴喷出，产生流速约为三倍音速的水射流，利用这种高速密集的水射流进行切割。也可以将磨料颗粒混合到水射流中，通过混合管形成磨料射流，在冷态下用磨料射流切割。水切割技术具有以下优点:

1、切割范围广

它能切割大多数材料，不仅能切割各种非金属材料，还能切割各种高硬度材料，如钛合金、陶瓷、玻璃、复合材料等。

2.切割质量好。

切口光滑，切割精度高，不会产生粗糙的毛刺边缘，一般不需要后续的精加工，降低了加工成本。

3.非热影响区

由于加工过程中产生的热量很少，不会造成热影响区、分层和材料变化，对于易受高温影响而使材料变质的钛合金是一种理想的切削方法。

4.环保。

切割时无尘、无味、无毒、无火花、震动小、噪音低。操作环境干净安全。这些特点使其特别适用于有防爆要求的危险环境。

5.节约生产成本和时间。

一个喷嘴可以加工不同类型的材料和形状，无需更换工具；工件不需要复杂的夹紧，因此可以减少调整次数。可配置多个喷嘴进行切割，工件可直接切割成指定尺寸，省去了中间工序和辅助时间，提高了生产效率。

6.提高材料利用率。

狭缝很窄，可以减少废料的产生。

7.适应性好。

切割可以从工件上的任意一点开始，可以向任意方向进行，不受切割方向的限制。可以加工常规工艺难以加工的零件，实现形状复杂零件的多品种小批量生产。可与其他设备如钻头等组合，同机完成钻孔和切割功能，充分发挥其性能。

钛材一般采用添加磨料的高压水射流切割方法进行切割。实验表明，水切割速度快，精度高，切口宽度仅为2.3mm，提高了材料利用率。切削表面粗糙度仅为20 ~ 40 μm；加工出的工件毛刺少，毛刺高度小于0.1mm，更重要的是，钛经水切割后，其微观结构变化不大，机械和理化性能基本保持不变。