在超高压水刀的切割头上一般都安装有高压水开关，安装高压水开关的作用是在需要的时候将切割头喷射的高压水快速关断，以配合机床的快速移动，避免高压水损坏被切割材料表面，这一点对被加工材料表面要求较高的材料的切割尤为重要。配备高压水开关带来两个好处：一是快速关断高压水，将高压管路中高压水的压力保持，并在需要的时候快速打开高压水，大大提高了机器的工作效率，缩短了降压与升压过程中的等待时间；二是节约能源。因为如果不安装高压水开关，在开始切割加工前必须等待压力逐渐升高并达到切割压力时才可开始切割加工。这个升压过程，造成了能量的浪费。使用高压水开关后即可避免了这些不必要的能量浪费。

    高压水开关主要由阀体、阀芯、阀垫、密封圈、活塞、活塞轴、定位垫、导向圈、接头、气缸体、气缸底盖、弹簧等零件组成。

  高压水通过安装在接头上的高压管进入水开关阀体上的横向小孔中，高压水的压力作用在阀芯的锥面上，在阀芯上形成一个向上的轴向力，当水开关打开时，压缩空气通过安装在气缸体上的气管接头、活塞轴内孔进入活塞的下端，并在活塞上形成一个向上的推力，推动活塞向上运动，活塞带动活塞轴，克服弹簧的压力向上运动，由于活塞轴上移，阀芯在高压水压力的推动下也向上运动，在阀芯与阀垫之间形成间隙，高压水从阀体横向小孔进入阀体的纵向孔中，通过阀垫的中孔进入阀体与切割头之间的连接管的内孔中，水开关开启；当水开关关闭时，活塞轴在弹簧力的作用下向下运动，活塞轴的下端推动阀芯向下运动，阀芯与阀垫形成密封面，高压水的通道被切断，水开关关闭。

    在设计水开关时需进行一些力学计算，以保证水开关工作正常。首先，选择弹簧时应保证弹簧对活塞轴的压力足以大于高压水(400MPa)对阀芯产生的轴向力，这样，在关闭水开关时，弹簧的压力才能推动活塞轴，同时带动阀芯下移，阀芯与阀垫紧密结合，关断高压水。另外，还需计算压缩空气(0. 4-0. 6MPa)对活塞产生的推力，这个推力必须足够大，以能够克服弹簧对活塞轴的压力。这样，在打开水开关时，活塞推动活塞轴上移，活塞轴的下端离开阀芯，阀芯与阀垫分离，开启高压水。在设计时还应考虑活塞的行程，在保证使用效果的前提下，应尽量减小活塞的行程，提高阀芯与阀垫的使用寿命。在设汁时同样应注意阀芯的长度，因为阀芯过长在轴向力作用下可能会弯曲变形。

    高压水开关在使用过程中会出现一些故障，我们需根据故障的现象来判断是哪一部分的问题。

    (1)水开关阀体的上观察孔漏水，其原因是密封圈损坏，要解决此漏水问题需更换水开关阀体内的密封圈。

    (2)水开关阀体的下观察孔漏水，其原因是阀垫与阀体之间的密封不紧密，或是两密封面之间有损伤。解决此问题首先是旋紧连接管，增加阀体与阀垫之间的压紧力。如果还不能解决问题就需卸下连接管，取出阀垫，仔细检查阀体与阀垫密封面是否有损伤，如发现损伤，需在机床上通过研磨的方法进行修复。将修复好的阀垫重新装入阀体内，旋紧连接管，下观察孔漏水问题即可解决。

    (3)当关闭水开关时，依然有水从喷嘴内孔流出，同时压力逐渐下降。其原因是阀芯与阀垫之间的密封面损坏。解决喷嘴漏水问题需更换阀芯与阀垫，可在放大镜下仔细观察密封面，更换损坏的阀芯或阀垫，如不具备检查手段就需要将阀芯阀垫两件一同更换。

  综上所述，在高压水开关出现问题时，应根据水开关的工作原理并结合水开关的故障现象，分析问题的症结，采取有针对性地解决措施，这样可达到事半功倍的效果。

    正常切割状态下，射流穿透被切割工件后仍有大约75%的能量，这种高速射流不仅具有极强的破坏作用，同时在空气中自由喷射会形成刺耳的噪声，因而必须予以收集处理，这就是接收器的功能。根据不同切割应用及切割平台，接收器的设计有多种，通常可包括箱式、袋式和组合式。

    目前最简单、应用最多的箱式接收器也就是水箱，它广泛用于喷头相对工件移动的二维切割平台中。这种接收器的特点是简单、可靠、没有易损件。水射流穿透靶件后直接进入水中，为了消除能量，水深一般应在300mm以上。必要时，底层可铺上100-150mm的砂砾，以防损坏箱底，同时减少箱中水的反溅。为了降低噪声，水位应直达工件的下表面，这样射流一穿透工件即进入水中，没有在空气中传播的过程。但是，箱式接收器存在一项无法克服的缺陷，即它会浸湿被切材料，因而不能用于纸板、布匹、层压板等的切割，从而限制r它的使用范围。

  袋式接收器或称罐式接收器，是在一金属网袋或小罐中装入众多金属或非金属小球，射流撞击小球使其流动，使得射流能量消耗在小球的相互撞击中。根据不同应用，袋式接收器有2种。一种是长形，复合型切割平台。接收器上方为一很长的窄缝，直接位于切割头下方，接收穿透的射流，消能后的水及材料残渣通过网孔或小罐上方的排出口排走。另一种为球形，顶部带安装座及小孔，适用于工件运动型切割平台。这种接收器设计的关键是要使其中的小球流动化，因而必须合理设计壁面形状，并选择直径合适的小球。为了降低小球撞击的噪声，可在罐壁内表面附着或粘贴一层耐磨橡胶，同时必须经常更换其中的小球。

    两种组合式的接收器。主要用于清水射流，具有轻便、简单的特点，其中碳化物耐磨衬垫磨损后可予更换，而其排水口设有可降低噪声的多孔材料。结构可用于接收磨料射流，其特点是上盖可随小球的流动而升降，从而更利于消能。接收器的设计应充分考虑以下问题

(1)纯水射流还是磨料射流；

  (2)空间限制、接收器大小与轻重有无要求；

  (3)运动型还是静止型，运动是空间运动还是平面运动；

  (4)射流穿透后直接排放还是再处理。

  在五轴、六轴切割系统中，由于作业对象为汽车仪表盘、摩托车头盔等，形状过于复杂，加之射流运动轨迹复杂多变以及有空间限制，不可能安装接收器，一般均将切割系统置于一封闭箱体内，称为切割箱。切割箱具有降噪、安全、吸湿等特点，广泛用于汽车等机械零部件的加工成型以及建筑、航天、造船等工业的材料切割。

    正常切割工况下，喷嘴人口处的压力波动应控制在5%以内，而无论是三柱塞泵（三缸单作用）还是双缸对置式增压器，其出口的压力波动都超过此值，因此高压水射流切割系统，尤其用于精密切割时均应配有稳压容器。

    流量脉动可用下述2个指标表示：

  一般三缸单作用泵流量脉动曲线。其流量脉动率主要与连杆比A一，／Z（，——曲柄半径、Z——连杆长度）有关。即使柱塞行程很短、连杆特别长，即^一o时，其aq2仍达9.07%，因此压力脉动是往复泵固有的工作特性。

    对于高压水射流切割系统中应用最广的双缸对置式增压器，其流量曲线如图ll - 39所示。其运行压力脉动远较三柱塞泵恶劣。

    由于用于切割的水射流压力一般在100MPa以上，在如此高的压力下，通常所用的空气室稳压装置已无法使用，考虑到100-500MPa压力下，蒸馏水可被压缩5%-15%，只要有一定容积的水，即可补偿压力降，保证射流的连续性，因此高压水射流切割系统所用的稳压容器即是一个具有一定容积的厚壁容器，其内注满了达到工作压力的可压缩流体。

  稳压容器的容积是确保出口压力稳定的关键。对于给定容积V的容器，忽略其受压后自身的膨胀，在时间间隔dt内，进入水总质量为q，排出水的总质量为，容器内水的压缩量为KVp。dp，其中K为水的体积压缩系数。根据质量守恒定律应有：

    要求解上述方程是十分困难的。可以定性地认为，压力波动与容器容积成反比，与单位时间内进出口流量差成正比。

    实际确定稳压容器容积应与输出管路（直径、长度）、压力源类别（三柱塞泵或增压器）、工作压力、流量以及切割精度要求等结合。对于一给定切割系统，当稳压容器容积超过一定值时，稳压效果已不明显，因此任意加大容积既增大成本，也无必要。一般水射流切割系统的稳压容器容积在0. 8-3L之间即可满足要求。

       1．稳压容器的材料选择

    高压水切割系统所用稳压容器属超高压容器范畴，设计和加工过程中都应十分小心。同化工用超高压容器相比，稳压容器一般体积较小、介质温度低、无腐蚀性，但存在交变载荷，应考虑疲劳破坏。

    一般说来，材料强度越高越好（一般抗拉强度在1000N/mm2以上），但强度过高则塑性和韧性下降，因此单纯强度要求还不够。材料的屈强比应在0. 8-0.9之间，同时有足够的韧性储备，以便吸收局部高峰应力，抵抗冲击性载荷。稳压容器常用钢材包括Cr - Ni - Mo -V、34CrNi3MoA、42CrNi2MoIV、37SiMnCrNiMoV等，其化学成分和机械性能见4.5节。

    对于整体锻件应进行化学成分和最低机械性能检验。后者包括抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率。质量检验的基本原则如下：

    (1)锻件必须用酸性平炉或电炉冶炼的镇静钢；

    (2)锻件必须进行适当的热处理；

    (3)锻造须选用适当能量的水压机及合理的工艺方法，以保证芯部锻透；

    (4)锻件粗加工后应做低倍检查，并满足如下要求：一般疏松≤1.5级，中心疏松≤1.5级，偏析≤1.5级，不允许锻件内部存在白点、裂纹、气孔等缺陷；

    (5)锻件应做金相组织检查；

    (6)锻件必须进行超声波探伤检查；

    (7)锻件存在缺陷时不允许补焊。

    2．稳压容器的基本结构

    典型稳压容器包括简体、封头两部分。简体常用结构包括单层厚壁简体及多层简体。

    单层简体结构。整体锻造厚壁简体最为常见，其制造方法是：首先在钢坯中穿孔，加热后在孔心穿一芯轴，然后在水压机上锻造至所需尺寸，最后进行机械加工。单层筒体内壁应力较大，外壁应力很低，因而不适用于较高压力场合。增加壁厚亦只能在一定范围内有效，一般简体外径与内径比在2-4的范围内。虽然高强度材料的使用可能提高工作压力，但材料强度越高，其塑性、韧性就越低，应用反而不安全。为了提高简体承载能力，可采用自增强处理的办法，即在容器使用前，先在筒内施以一足够大的内压，使内壁发生屈服，然后卸压，由于外层的弹性收缩，使得已塑性变形的内层受到外层的弹性压缩而产生压缩应力，外层则受到拉伸应力，从而提高耐压强度和疲劳寿命。

    多层筒体结构中应用较多的是双层缩套简体，即采用两个同心的圆筒经缩套在一起而成。其结构。套面经精加工后，实测加工尺寸，保证一定过盈量，而后加热外筒，温度一般不超过300℃热套即可。

    3．稳压容器的密封密封是稳压容器的重要组成部分，常见结构包括以下3类：

    (1)强制密封。如平垫、卡扎里密封、单锥环密封等。

    (2)半自紧密封。如双锥环密封等。

    (3)自紧密封。如()型圈、C型环、B型环、三角垫、楔型环等。

    典型的稳压容器密封结构。氟橡胶制造的()形圈可确保初始密封不漏，高压下则由三角垫起作用，从而互相配合，确保密封性能。稳压容器密封种类很多，在设计过程中主要应依据以下原则：

    (1)工作压力下密封可靠；

    (2)结构简单：加工、装拆方便；

    (3)占用容器空间少；

    (4)能多次重复使用。

    4．稳压容器的端部连接

    稳压容器端部可采用螺纹连接或卡箍连接。由于稳压容器直径～般不大，可直接采用螺纹连接。螺纹连接包括内螺纹或外螺纹2种，螺纹采用锯齿形，以提高承载能力。卡箍连接主要靠其上斜面与顶盖上斜面紧密配合，实现密封。有二片和三片结构。卡箍必须有足够的强度和刚度。

    5．稳压容器的液压试验

    为了确保稳压容器的强度及紧密性，须在装配后进行必要的液压试验。液压试验的压力一般选设计压力的1.2～1. 25倍，试验介质可用水或油。为了减少加压能量消耗，容器内可放置钢填充物。试验时容器放置在地坑内，以确保安全。升压前应排出容器内的空气，以后逐步升压。每次升压最大50MPa，每升一次保压10min，升至试验压力后保压30min，然后逐步卸压，步骤与升压相同。

    水刀稳压容器的设计、制造和检验都有严格的要求，因此设计应由专业部门完成，制造部门应具备相应的许可证，以确保工作可靠、安全。