高压水射流加工.doc

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1、LB封面《机械制造基础》课程论文。。。638号LB高压水射流加工摘要当加工可燃性材料，如塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割虽然也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛刺，但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，这是水加工的一大优点；二是加工易燃易爆材料，如弹药和易燃易爆环境内的切割，这是特点是其它加工方法无法取代的。关键词：高压水流切割，宝石喷嘴，高压泵人类自古就利用水流的冲击力，制成水车、水磨等水力机械。如果水流从高压水枪中喷出，其冲击力就更大。前苏联用于采煤工业，名曰水力采煤。高速喷出的水流受阻于煤层，速度骤然下降，顷

2、刻间会产生足够大的冲击力，使煤层出现脆性断裂，完成采煤作业。受此启发，前苏联科学家开发出高压水喷流切割技术，而美国公司取得了此项技术的专利权，使之商品化，从此出现高压水射流加工技术。高压水射流加工的起源：NormanFranz博士一直被公认为水加工之父。他是研究超高压（UHP）水加工的第一人。Franz博士是一名林业工程师，他想寻找一种把大树干切割成木材的新方法。1950年，Franz第一次把很重的重物放到水柱上，迫使水通过一个很小的喷嘴。他获得了短暂的高压射流（多次超过了现在使用的压力），并能够切割木头和其它材料。他后来的研究涉及更为连续的水流，但他发现获得连续高压非常

3、困难。同时，零件的寿命也以分钟计算，而不是今天的数周或数月。但Franz博士证明了高速会聚水流具有极大的切割能量－这种能量的应用远远超出了Franz博士的梦想。1979年，MohamedHashish博士在福禄研究室工作，开始研究增加水加工切割能量的方法，以便切割金属和其它硬质材料。Hashish博士被公认为加砂水刀水加工之父，他发明了在普通水刀中添加砂料的方法。他使用石榴石（砂纸上常用的一种材料）作为砂料。凭借这种方法，水加工（含有砂料）能够切割几乎任何材料。1980638号LB年，加砂水刀第一次被用于切割金属、玻璃和混凝土。1983年，世界上第一套商业化的加砂水刀切割

4、系统问世，被用于切割汽车玻璃。该技术的第一批用户是航空航天工业，他们发现水刀是切割军用飞机所用的不锈钢、钛和高强度轻型合成材料以及碳纤维复合材料的理想工具（现在已用于民用飞机）。从那以后，加砂水刀被许多其它工业采纳，例如加工厂、石料、瓷砖、玻璃、喷气发动机、建筑、核工业、船厂等等。高压水射流加工的原理：由于速度越快物体具有的动能就越大,水在高压下就获得了巨大的动能,由于水流很细,所以再接触物体时动能转化成的弹力的作用点十分集中,转化而来的弹力十分巨大,足以断石分金.加入砂质磨料后,先在水加工作用下使得物体接触水加工的部位发生形变,一部分淹没剂就会与物体发生摩擦,进而加速切

5、割物体的能力和速度.因为加入砂质磨料后，水流的质量增大，高速水流具有的动能就更大，在流速相同的情况下对外做功的本领就更大，从而切割能力大大提高。利用超高压技术可以把普通的自来水加压到250-400Mpa压力，然后再通过内孔直径约0.15-0.35mm的宝石喷嘴喷射形成速度约为800-1000m/s的高速射流，俗称其为水箭，该水箭具有很高的能量，可用来切割加工一些材料。。要做到这点，对水、管道、喷口都有比较高的需求。如管道，水加工是用高压工具把水加压后射出来的，必须拥有极高的压力才能把坚硬的切割材料切开，所以管道必须能承受极高的压力，这个压力远远大于700兆帕，因为薄钢板（

6、被切割材料）本身就能承受700兆帕的压力。其次，水加工用的水完全没有杂质是不对的。因为水压远远大于700兆帕，那么对于管道等密封设备而言，无论密封性能多么好，纯水总会使它们磨损而渗漏。为了解决这个问题，水加工用水就要加入5%的可溶性乳化油，提高密封效果。对于高压泵，也要加入一些油液提高其密封性能。上面说过了，水加工的喷嘴是用硬质合金、蓝宝石等材料做成的，喷口直径仅0.05毫米，而且孔内壁光滑平整，能承受1700兆帕的压力，所以喷出来的高压水能像刀一样切割材料。有些水还加入了一些长链聚合物，如聚乙烯氧化物，增加水的“黏度”，使喷出的水犹如一条“细线”。然而要达到超高压就要使

7、用加压工具：泵是水加工638号LB系统的核心成员。对水进行加压并连续输出水流，从而让切割刀头把高压水变为超音速水射流。水加工应用可以采用两种泵－增压泵和直接驱动泵。直接驱动泵的工作方式与在喷漆前冲洗房屋或甲板时所用的低压“压力清洗器”一样。它是一种直接由电机驱动三个活塞产生运动的三级泵。因为其简单可靠，这些泵得到了水加工工业的认可。直接驱动泵能够提供的最大连续工作压力比增压泵低10％到25％。直接驱动泵也是一种相对新型的高压泵尽管直接驱动泵被用于某些工业应用，目前绝大多数用于水加工的超高压泵还是增压泵。普通增压泵中有两种流体管