水也能削铁如泥

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星期六上午,在工艺品厂上班的叔叔来家里串门,带给小明一个自己雕刻的大理石“福”字。拿着这个小巧精致的大理石雕刻,小明想到电视上说雕刻玉器是很费时间的,于是问叔叔,雕刻这个饰品得不少时间吧?

叔叔笑着说,现在我们有了先进的水切割技术,雕刻这个小玩意很快的,明天叔叔就带你去我们的车间看看吧。

小明连忙说,不去不去,那里噪声大,而且满地流淌着污水!那是以前的事啦,你明天去看看就知道了!

第二天,小明半信半疑地随叔叔走进了车间,他看到一台台叔叔说的水切割机,操作起来只看到一束束细细的水流冲击着被加工的材料,却听不到以前那刺耳的噪声!一块块图案复杂的镂空工艺品很快就打造成功!小明好奇极了,转身走进叔叔的办公室,兴致勃勃地上网查找水切割技术。

原来,这个技术叫做超高压水切割,又称水刀和水射流,它是将普通的水经过多级增压后所产生的高压(380MPa)水流,再通过一个极细的红宝石喷嘴(Φ0.1-0.35mm),以每秒近千米的速度喷射切割,这种切割方式称为超高压水切割。

水切割的用途主要有三个:一是切割非可燃性材料,如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料,这是热切割无法加工的材料;二是切割可燃性材料,如钢板、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等,以往的热切割也可以加工这些材料,但容易产生燃烧区和毛刺,而水切割加工不会产生燃烧区和毛刺,被切割材料的物理、机械性能不发生改变,这也是水切割的一大优点;三是切割易燃易爆材料,如弹药和易燃易爆环境内的切割,这是其他加工方法无法取代的。

虽然说超高压水切割可以切割任何材料,但在应用上还是有所侧重的。一般情况下,能够利用激光、等离子、火焰、线切割、锯、铣削等加工方法基本满足加工工艺要求时,则不宜采用水切割加工,毕竟水切割的运行成本较高,喷嘴、导流套、高压密封件都是进口的耗材,价格较贵。但当您感到激光和等离子所能切割的厚度太薄,所产生的毛刺太大,所产生的热影响区不利时,您可以考虑选用水切割;当您感到火焰切割的毛刺太大、太粗糙、热影响区太大时,您可以考虑选用水切割;当您感到线切割的速度太慢,并且不能切割非导电材料时,您可以考虑选用水切割;当您感到铣削的方法产生了许多废屑,造成了很大的浪费时,您也可以考虑选用水切割,因为水切割不会产生废屑,而是整片切割,水切割加工割分开的材料大多是可利用的;当您感到使用圆锯和带锯太慢,而又不能进行非直线切割时,您照样可以考虑选用水切割;当您切割易燃易爆材料或在易燃易爆的环境下切割时,更必须考虑选用水切割;当您切割时不想产生毒副气体、不需二次加工、不想产生热效应或变形或微裂缝、又想产生良好的切边品质并能同时切割细小的孔时,您更要考虑选用水切割。总之,水切割是一种万能的切割方式,但某些场合下的使用并不是最佳的,所以选择时要作具体分析。

例题:小虎家的卫生间顶部自来水管道出现漏水问题,爸爸请水电工换掉了一截直径5cm长2m的水平分布的旧管道。换好后,水电工师傅说,考虑到管道刚刚涂的胶水还没有干,如果此时楼上用水,管道可能被水的压力压脱落,所以还要给管道用铁丝加固一下。爸爸说,这么一点点水,能有多重,还能把管道压脱落?在一边的小虎利用刚刚学过的液体压力压强知识给爸爸作了解释,爸爸听后欣然点头,你知道小虎是怎么解释的吗?

解析:卫生间顶部管道是楼上的下水管道,楼上的洗面盆管道离下水管道大约有1m,当楼上人家使用洗面盆时,这些管道里充满水,这部分水形成的压强作用在2m长、直径5cm的水平分布的管道上时,因为这个受力面积比较大,所以将产生一个很大的压力,这个压力远远大于管道里水的重力,所以刚刚粘接的管道很可能被压脱落。

点拨:

液体压强P=ρgh,而液体的压力F=PS=ρghs。如压强一定,分布的面积较大的话,产生的压力也较大。即液体对支持面形成的压力并不一定等于液体的重力。