水射流加工技术11

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1、特种加工之水射流加工技术主讲：杨晓峰水射流加工技术（以柔克刚的技术）的历史“水滴石穿”体现了在人们眼中秉性柔弱的水本身潜在的威力。20世纪60年代初期的探索实验阶段，主要应用于低压水射流采矿。60年代末至70年代初的基础设备研制和攻坚阶段，主要研制高压泵、增压器和高压管件及推广高压水射流清洗技术。70年代初至80年代初的工业实验及工业应用阶段，大量的高压水射流采煤机、切割机和清洗机相继问世并进行工业实验。80年代以来是高压水射流迅速发展阶段，主要特点是高压水射流的研究进一步深化，磨料水射流、磨料射流、空化射流和自激震

2、荡射流等新型射流技术发展迅速。水射流加工技术的概念高压水射流切割(Waterjetmachining)是利用水或水中加添加剂的液体经水泵至增压器再经储液蓄能器使高压液体流动平稳，最后由喷嘴形成300-900米/秒的高速液体流，喷射到工件表面，达到去除材料的加工目的。磨料水射流(Abrasivewaterjetmachining)是以水为介质，通过高压发生装置获得巨大能量，通过供料和混合装置将磨料加入高压水束中，形成液固两相混合射流，依靠磨料和高压水束的高速冲击和冲刷，实现去除工件表面材料和修饰性加工的一种方法。它是综

3、合了磨料射流和水射流的优点，使加工范围扩大。水射流加工技术的分类根据磨料与水的混合方式，磨料水射流可分为后混合式、前混合式、外混合式和磨料浆体射流等四种类型；根据射流加工时的环境条件，可分为淹没式磨料水射流和非淹没式磨料水射流。前混合式磨料水射流是磨料与水充分混合后，加压通过喷嘴而形成的高速流体。后混合式磨料水射流是磨料和高压水在喷嘴内进行混合后形成的高速流体。外混合式磨料水射流是磨料浆从喷头中路喷出，高压水射流从四周的水喷嘴射出，并汇聚在浆料射流的一点处，在多股水射流的卷吸下，磨料浆被吸入水射流束中获得动能形成高速

4、流体。磨料浆体射流是其浆体以高粘度的高聚物溶液作为载体，在射流末端配置而成的高速流体。根据射流加工时的环境条件淹没式水射流是指射流从出口到工件是在水或其它液体中，具有射流扩散快、速度和动压分布均匀等特点。非淹没式水射流指射流从出口到工件是在空气自然状态下，与淹没式相比，其射程大，核心段长度长，但是速度分布不均匀。高压水射流的设备构成增压系统：为系统提供足够的稳定的压力；数控工作台：控制喷嘴装置的移动；集水器：收集加工后的水和材料残渣；喷嘴装置：精确控制水流，提供优质的射流束；磨料供给装置：提供磨料并精确控制磨料的流量

5、。龙门式数控水切割机悬臂式数控水切割机水射流加工的优点:多功能、高效能没有热反应区投资成本低、效益好绿色环保水射流加工的缺点:设备功率大喷嘴磨损快不适合于大型零件及去除超大的毛刺加工缺乏适用与水射流加工的软件不锈钢其它铁合金其他材料玻璃，大理石，复合材料等水射流加工技术的理论基础：当高速水滴(WaterSlugs)冲击固体表面时，击点的滞止压力(StagnationPressure)Ps为：Ps=1/2ρv2式中：v—水滴的速度；ρ—水的密度。从上式可以看出，水射流的打击力(或穿透力)与射流速度的平方成正比。这意味着

6、通过提高射流的速度，水射流的打击力(或穿透力)可以成倍提高。高压水射流加工原理：高速射流本身具有较高的刚性，在与靶物碰时，产生极高的冲击动压和涡流，从微观上看相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区，因而高压水射流表面上虽为圆柱模型，而内部实际上存在刚性高和刚性低的部分，刚性高的部分产生的冲击动压使传播时间也减少，增大了冲击强度，宏观上看起快速楔劈作用，而低刚度部分相对于高刚度部分形成了柔性空间，起吸屑、排屑作用，这两者的结合正好象使得其切割材料时犹如一把轴向“锯刀”加工。高压水射流加工原理：高速水射流破坏材料的过程

7、是一个动态断裂程。对脆性材料(如岩石)等主要是以裂纹破坏及扩散为主；而对塑性材料符合最大的拉应力瞬时断裂准则，即一旦材料中某点的法向拉应力达到或超过某一临界值时，该点即发生断裂。根据弹塑性力学，动态断裂强度与静态断裂强度相比要高出一个数量级左右，主要是因为动态应力作用时间短，材料中裂纹来不及发展，因而这个动态断裂不仅与应力有关，还与拉伸应力的作用时间相关。磨料水射流加工原理（一）加工系统主要有供水系统、磨料供给系统和喷头系统组成，如下图所示：（二）喷头系统喷头是磨料水射流技术应用中获得高能量利用率的关键因素之一，是水

8、射流系统中把水压能转变为动能的一种装置。通过喷头能将管路中高压而流速小的水流转化成为低压、高流速的水射流，因此喷头的性能直接影响射流的质量。喷嘴材料必须具有高硬度、高耐磨性，两者缺一不可。钴基碳化钨硬质合金硬度高，耐磨性好。除此之外，喷嘴也常用人造宝石，陶瓷等耐磨材料制作。其系统结构如下图所示：喷头系统是水射流设备的重要部件，它最终形成水射流工