第七章水射流加工资料
《数控特种加工》3D打印及第7章数控水射流加工
此外，喷嘴的结构、制造、装配、磨料的种类、水 的质量及水压等也对喷嘴的使用寿命有一定影响。
《数控特种加工技术》PPT编写：余 2020-03-26
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五、管路系统 射流加工的水压高达100～400MPa，如此高的压力对管
射流加工的原理如图7-1所示，运用液体增压原理，通过特定的装置 （增压器或超高压水泵），将过滤后的工业用水加压至100～ 400MPa，再经过直径为0.08～0.5mm的喷嘴孔口后，形成500～ 900m/s的高速细径射流，功率密度高达106W/mm2，对被切割材料 进行切割。
1—喷嘴 2—工件 3—排水口
第7章 数控水射流加工
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1. 了解数控射流加工的原理、特点及应用； 2. 了解数控射流加工设备的组成及各部分的功用； 3. 了解数控射流加工的主要工艺指标及其提高途径。
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一、射流加工的原理
图7-1 射流加工的原理
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二、射流加工的分类 射流切割是一种冷态切割工艺，根据射流介质的不同，射流加工技术
分为纯水射流加工、磨料水射流加工和聚合物水射流加工三类。 1．纯水射流加工 纯水射流加工，因切割力较小，用于切割软质材料，如纸张、橡胶、
为了切割三维复杂形状零件，切割头可以安装在关节式机 器人的手臂上，进行五轴联动，从而写：余 2020-03-26
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二、射流加工设备的液压原理 射流加工设备的液压原理如图7-3所示。
水射流加工技术
一、基础介绍高压水射流技术是近几十年来发展起来的一门新技术，其应用日趋广泛。
从原理上讲，它与我国煤矿中使用已久的水力采煤技术基本相同，都是把具有一定压力的水通过直径较小的喷嘴形成射流，将这股水射流作为工具进行切割、破碎和清洗物料。
所不同的只是高压水射流的水压更高、喷嘴直径更细而已。
水力采煤中使用的水压通常为5~15MPa，水枪出口直径为15~30mm；而高压水射的水压一般为30MPa以上，有的高达数百兆帕，喷嘴直径则在2mm以下，最小的可达0.1mm。
因此，高压水射流可以在很小的区域内集中极大的能量，例如1000MPa 的高压水射流的能量束密度可以与激光束相匹敌[1]。
图0-1为高压水射流切割系统示意图。
由低压泵站2产生的低压水在增压器3增压后，经高压胶管传送到喷嘴4形成高压水射流。
数控箱6操作喷嘴移动，从而完成各种切割作业。
切割后的废液经回收处理后排放。
由此可见，高压水射流系统一般由压力源，喷嘴及其控制装置以及连接它们的高压管路和其他附属装置所组成。
1.1高压水射流技术的发展概况自古以来，人们总把水比作柔弱，把岩石比作坚硬。
然而，水滴石穿却正是柔弱的水穿透坚硬岩石的现象。
在大雨中飞行的飞机被雨滴侵蚀的所谓“雨蚀”现象也是柔能克刚的实例。
然而，过去人们都是以消极的态度来研究如何防止高速水流的侵蚀，没有或很少采取积极的态度来研究如何利用高速水流为人类做功而已。
19世纪中叶，在北美洲第一次使用了高压水射流开采非固结的矿床。
在20世纪50年代，苏联和中国的水力采煤就是利用水射流的冲击和输送作用。
随着水力采煤技术的推广，人们开始对高压水射流技术产生了浓厚的兴趣，同时也认识到，提高水的压力适当减小喷嘴直径可以显著地提高水射流的落煤效果。
于是人们便开始研制较高压力的压力源（高压泵和增压器）及高压脉冲射流（俗称水炮）。
进入20世纪60年代大批高压柱塞泵和增压器的问世，大大推动了高压水射流的研究工作。
当时，部分学者片面认为好像高压水射流的压力越高越好。
简述水射流加工技术发展与应用
简述水射流加工技术发展与应用摘要：本文旨在介绍水射流加工技术的形成、发展史。
明确水射流加工工艺的主要流程，了解其发展趋势。
关键词：冷加工高压水射流切割磨料一、水射流加工技术发展史人们认识水射流应该说还是从水的冲刷作用开始的。
大雨能把田地冲出一道水沟，能剥落山岩，甚至能造成泥石流。
河道出口久而久之便冲积成了三角洲。
水对大自然的鬼斧神工表现在3个方面：使材料破裂、流动、去除。
水射流的应用起源于采矿业。
早期利用水射流冲洗矿石中的泥土，蓄水运送并筛选矿石和直接周水射流冲刷煤层。
由冲刷到破碎实际上是水射流的一个质变，前者是低压大流量，后者则是高压小流量。
本世纪30年代已开始用水射流采煤。
开始是用lOMPa以下的水射流冲采中硬以下煤层，至70年代已发展到用20～30MPa水射流慢速切割煤体，再后来就是高压至lOOMPa、超高压大于200MPa的水射流辅助采煤机、掘进机用于破碎落煤和破岩。
只有提高水射流工作压力才能使其广泛应用于大工业部门，这已成为人们的共识。
20世纪70年代，高压水清洗和超高压水切割在同步发展。
80年代，高压清洗已日趋完善，普及应用。
超高压水射流切割工艺一直是水射流行业研究、追踪的热点。
尤其在80年代末、90年代初期这类所谓“水刀”设备已经批量化、商品化，而且以机械于控制切割头为代表的产品已迅速达到了全自动、智能化的高水平。
水射流技术在向高压方向发展的同时，70年代末期国际水射流领域出现了一个引人注目的新动向，即从单一提高水射流压力，的观点开始转向研究如何提高和发挥水射流的潜力这方面来了。
这就有了脉冲射流（水炮）、高温射流、磨料射流和摆振射流。
这些射流与同等压力下的普通连续射流相比，显然大大提高了作业效率。
80年代以来，磨料射流、空化射流、气水射流和旋转射流的进一步发展，将高压水射流技术推向一个新的阶段。
水射流领域已经形成了一个以压力、功率为纵坐标、以射流形式为横坐标的技术与产品的甲而型谱。
水射流加工技术
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。
根据磨料与水的混合方式
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。
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高压水射流加工机理：
高速射流本身具有较高的刚性，在与靶物碰撞时，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(有时可能为负值)， 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。
水射流加工技术的特点
水射流加工的缺点: 设备功率大； 喷嘴磨损快 ； 加工表面质量较差 ； 不适合于大型零件及去除超大的毛刺加工； 对软材料及弹性材料加工不理想。
不锈钢
其它铁合金
其他材料
玻璃，大理石，复合材料等
加工案例：
1：磨料水射流加工汽车外壳 2：磨料水射流加工陶瓷（奔腾马图案）
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。
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AWJ和WJ的设备构成
水射流加工设备和加 工的产品图片
水射流加工的应用情况
水射流加工
水射流加工姓名： 王劲雄 专业： 08级机械设计制造及其自动化1班摘要水射流加工技术是近三十年来迅速发展起来的一门新技术。
水射流切割工作原理是首先通过转能装置(泵或增压器)，将发动机(电机或内燃机)的机械能转变成低速水的高压能；接着通过喷嘴小孔喷出高速射流，将压力能转换成高速水射流的动能；最后当高速水射流冲击加工工件时，动能又重新变成作用于材料表面的压力能，当该压力能超过材料的断裂强度时材料就被切割。
水射流切割有以下一些优点：切割中无粉尘与烟雾污染；不会产生热变型；不需刃磨刀具，不需调整更换刀具；容易实现自动化；可加工热切削无法加工的材料，且不受材料厚度的限制；切缝小，切割质量好，成本低等。
由于水射流切割技术有如上所述的优点，所以受到工程技术界广泛重视。
在工业中推广应用，它与激光束、电子束和等离子切割，合称现代工业切割的四大高新技术。
水射流除用于切割之外，还可用于除锈、清洗等方面，涉及到医学、国防、机械、城建等许多领域。
本文重点讨论水射流加工的设备组成及应用方向，发展趋势，以及对水射流相关工艺参数的分析讨论等。
关键词 水射流加工 优点点 加工应用 工艺参数第一章 工作原理及其基本机构1.1工作原理水喷射加工的基本原理是利用液体增压原理， 通过特定的装置 （增压器或高压泵） ， 将动力源 （电动机）的机械能转换成压力能， 具有巨大压力能的水再通过小孔喷嘴将压力能转变成动能， 从而形成高速射流， 喷射到工件表面， 达到去除材料的加工目的。
如图1.1所示， 贮存在水箱中的水经过滤器 1 处理后， 由水泵抽出送至由液压机构驱动的增压器增压， 水压增高。
然后高压水通过蓄能器， 使脉动水流平滑化。
高压水与磨料在混合腔内混合后， 由具有精细小孔的喷嘴 （一般由蓝宝石制成） 喷射到由工作台固定的工件表面上， 射流速度可达300-900m/s （约为音速的1-3 倍） ， 可产生如头发丝细的射流， 从而对工件进行切割、 打孔等。
水射流技术
水射流技术1、何为水射流技术？水射流技术又称水刀、水切割技术，是真正的冷切割。
它是将普通的水经过压力系统增压后所产生的高能量水流(便携式水切割系统可达到40Mpa~50Mpa)，再通过一个极细的沙管喷嘴(φ0.1-0.35mm)，以每秒近千米的速度喷射出水流进行切割，这种切割方式称为水切割。
便携式水切割系统合理运用水射流原理，通过产品研发人员不断努力，克服技术及实际运用中存在难点，运用先进的设计思路及理念，终于研发出具有独特性能的便携式水切割系统，为水射流技术的广泛应用开辟了又一道路。
水切割技术是世上公认的最通用的也是发展得最快的技术。
相对其它切割技术而言，水切割不会产生有毒有害的气体或液体，并且也不产生有毒有害的物质或蒸汽。
水切割加工后，在被加工件表面不会产生热反应区或机械应力残留。
水切割确实是一种万能的、高产能的冷切割技术。
2、水切割技术特点较之激光、等离子、线切割等传统的切割方式，水切割切割技术确实有其独特、显著的优势：1）切割品质优异水切割是一种冷加工方式，水切割不磨损且半径很小，能加工具有锐边轮廓的小圆弧。
加工本身无热量产生且加工力小，加工表面不会出现热影响区，自然切口处材料的织结构不会发生变化，也几乎不存在热和机械的应力与应变，切割缝隙(纯水切割之切口约为0.1mm至1.1mm，砂水混流切割之切口约为0.8mm至1.8mm。
随着砂刀管的直径扩口，其切口也就愈大)及切割斜边都很小(大部份所看到好的切割品质之单侧斜边为0.076mm至0.102mm之间)，无需二次加工，无裂缝、无毛边、无浮渣，因此其切割品质优良。
无论是金属类如普通钢板、不锈钢、铜、钛、铝合金等，或是非金属类如石材、陶瓷、玻璃、橡塑、纸张及复合材料，皆可适用。
2）节省成本便携式水切割系统所产生横向及纵向的作用力极小，不会产生热效应或变形或细微的裂缝，不需二次加工，既可钻孔亦可切割，降低了切割时间及制造成本。
3）清洁环保无污染在切割过程中不产生弧光、灰尘及有毒气体，操作环境整洁，符合严格的环保要求。
水射流加工的主要原理及应用
水射流加工的主要原理及应用1. 水射流加工的原理水射流加工是一种利用高速水流和磨料的混合流来切削、去除材料的加工方法。
其主要原理包括以下几个方面：1.1 水射流喷嘴水射流喷嘴是水射流加工的核心组成部分，通过喷嘴将高压水和磨料以高速喷射到被加工材料上，产生切削作用。
喷嘴通常由耐磨材料制成，可以根据加工要求选择不同尺寸和形状的喷嘴。
1.2 高压水源水射流加工需要稳定的高压水源，常用的高压水源有高压泵和压力容器。
高压水源通过喷嘴将水流加速到高速，形成高速射流。
1.3 混合装置混合装置将高速水流和磨料混合，然后通过喷嘴喷射到被加工材料上。
混合装置通常由喷嘴和进料管道组成，可以根据加工要求调节磨料的比例和流量。
1.4 磨料磨料是水射流加工中的重要组成部分，它可以加强水流的切削能力。
常用的磨料有石英砂、玻璃珠等。
磨料的选择应根据被加工材料的硬度和加工要求来确定。
2. 水射流加工的应用水射流加工具有很广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：2.1 金属加工水射流加工可以进行金属的切割、打孔、雕刻等加工操作。
由于水射流加工可以在不产生热变形的情况下进行切削，所以适用于各种金属材料的加工，如钢铁、铝合金等。
2.2 石材加工水射流加工可以对石材进行切割、雕刻、打磨等操作。
相比传统的机械加工方法，水射流加工不会产生热变形和切割温度，对于石材的保养和雕刻有着独特的优势。
2.3 玻璃加工水射流加工在玻璃制造和加工行业有着广泛应用。
它可以对玻璃进行切割、打孔、雕刻等加工操作。
水射流加工对玻璃的切割质量高、精度高、断口平整，不会产生开裂和热应力。
2.4 复合材料加工水射流加工对于复合材料的加工具有独特的优势。
复合材料通常由不同材料层叠而成，传统的机械加工方法难以切割复合材料，而水射流加工可以轻松切割不同材料的复合层，实现复合材料的精确加工。
2.5 其他应用除了以上几个方面，水射流加工还可以应用于食品加工、纺织品加工、航天航空领域等多个领域。
水射流加工
水射流加工摘要：水射流加工是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，有时简称为水切割，或俗称为水刀。
水射流加工技术具有生产效率高、加工质量好、加工清浩环保等优点，但水射流加工的一次性初期投资较高。
目前己广泛用于汽车制造、航空航天、国防军工、石油采矿、机械加工等领域。
，水射流切割配合数控执行机构可精确切割加工任意复杂形状工件。
Water jet machining is the use of high speed water flow effect on the impact of the workpiece to remove material, sometimes referred to as water cut, or commonly known as water knife. Water jet machining technology with high efficiency, good quality, environmental advantages, such as processing qing hao, but the water jet machining one-time initial investment is higher. Has been widely used in automotive, aerospace, national defense, petroleum mining, machinery processing etc. , water jet cutting with numerical control actuator can be precisely cut arbitrarily complex shape workpiece.关键词：水射流发展原理应用1.前言水射流加工作为一种较新的特种加工方法，己越来越广泛地应用于我们的实际生活中，如汽车制造、航空航天、石油采矿等诸多领域。
水喷射加工技术
如陶瓷、硬质合金、模具钢、钛合金、钨钼钴 合金、复合材料，如以金属为基体的纤维增 强金属（FRM）、纤维增强橡胶（FRR）等、 不锈钢、高硅铸铁及可锻铸铁等的加工。
以汽车制造业为例，其中汽车内部装饰材 料的加工占水射流加工的40%，此外，还用 于汽车后架、车轮罩和隔热材料等的切割。
•
2.去毛刺各种小型精密零件上交叉孔、内螺 纹、窄槽、盲孔等毛刺的去除，用其他一般加 工方法就十分困难甚至于无法完成，而利用水 喷射加工技术（稍降低压力或增大喷距等）， 就十分方便且质量好，具有独特的效果。
2. 切割系统 喷嘴是切割系统最重要的零件。喷嘴应具 有良好的射流特性和较长的使用寿命。喷嘴的 结构取决于加工要求、常用的喷嘴有单孔和分 叉两种。 3. 控制系统 可根据具体情况选择机械、气压和液压控 制。工作台应能纵、横向灵活移动，适应大面 积和各种型面加工的需要。当采用程序控制和 数字控制系统是理想的。目前，已出现程序控 制液体加工机，其工作台尺寸1.2m×1.5m， 移动速度为380mm/s。
5. 机床床身
机床床身结构通常采用龙门式或悬臂式机 架结构，一般都是固定不动的。为了保证喷嘴 与工件距离的恒定，以保证加工质量，因此要 在切削头上安装一只传感器。为了实现加工三 维复杂形状零件，切削头和关节式机器人手臂 或三轴的数控系统控制结合，可以加工出复杂 的立体形状。
超高压水射流加工的工作参数及其对加工的影响 (1) 流速与流量。水喷射加工采用高速水流，速 度可高达每秒数百米，是声速的2～3倍。超高 压水射流加工的流量可达7.5L/min。流速和流 量越大对，加工效率越大。 (2) 水压。加工时，在由喷嘴喷射到工件加工面 之前，水的压力经增压器作用变为超高压，可 高达700MPa。提高水压，将有利于提高切割 深度和切割速度。但会增加超高压水发生装置 及超高压密封的技术难度，增加设备成本。目 前，常用超高压水射流切割设备的最高压力一 般控制在400MPa以内。
2014-03-水射流加工讲解
磨料水射流切割
一套完整的水切割设备由超高压系统、水刀切割头装置、水刀
切割平台、CNC控制器及CAD/CAM切割软件可以用来切割任何物质，如：钢材、钛、 合金、复合材料、大理石、陶瓷、防弹玻璃、玻璃钢、钢筋混凝土 制品、玉石、核原料、炸药及各种易燃易爆物质。 广泛应用于建筑、装饰、机械、航空航天、船舶、汽车、石
一种是采用水泵和增压器，可获得100～1000MPa的超高压和0.5～
25L/min的小流量的水流。
磨料水射流切割
磨料水射流切割：
磨料水射流是普通水射流的发展，其实质就是在高压水射流中添
加一定数量、具有一定质量和硬度的磨料颗粒而形成液固两相射流。 由于在水中混入磨料颗粒，从而改变了水射流的流动特性和对物 体的作用方式。 将连续水射流的等速和对物体的静压作用改变为高速运动的磨
料颗粒对物体的高频冲蚀和磨削作用。
磨料水射流切割
磨料水射流的切割机理 磨料水射流的切割过程是射流与材料之间的相互作用过程在一
定的切割进给速度下，磨料射流的一部分以恒定的速度射向材料；
另一部分则随着射人深度增加切割效力减弱，于是切割面沿进 给方向出现弯曲。 由于磨粒自身惯性较大，并不随水射流载体偏转，因而导致磨 粒与水射流分离和磨粒在局部过分集中冲蚀。磨粒加速度越大，分
离折射角越大，集中冲蚀就越剧烈。
磨料水射流切割
磨料水射流的分类 根据磨料加入位置的不同，可以将其分为： 后混式磨料水射流 前混式磨料水射流。
磨料水射流切割
后混合磨料高压水射流切割技术原理：
后混合磨料水射流
是指高压水经水喷嘴形
成水射流后与磨料颗粒
进行混合的，它的混合
机理如图所示。
磨料水射流切割
前混合磨料高压水射流切割技术原理： 前混合磨料高压水射流切割是指为了提高水射流的切割效果，在 压力达到数十至数百兆帕的高压水中加入磨料颗粒，进而通过特殊 设计的孔径很小的喷嘴以数百米每秒(通常为2～3倍音速)的高速度
第七章 水射流加工
7.2
数控射流加工设备
数控射流加工设备俗称“水刀”，其主要组 成 部分有增压器、喷嘴、管路系统、执行机构、 控制系统等。 一、机床运动 二、射流加工设备的液压原理 三、增压器 四、喷嘴 五、管路系统 六、工作介质
三、增压器
增压器用来提高水压，是水刀的设备的核心。 其多采用往复式，主要由活塞、液压油缸和 高压水缸组成。活塞由大、小两部分组成，靠油压 作用在大活塞上使活塞运动，小活塞则完成对水的 的增压工作。 P出水=A大/A小XP油
7.3射流加工的主要工艺指标
一、切割速度、厚度及其影响因素 工作介质：有磨料的切割力高于纯水射 流。 射流压力：提高该项，有利于提高切割 厚度和速度，但增加设备的 成本。 合适的靶距可获得最大的切割速度。
二、加工精度及其影响因素
工件切割形状及尺寸精度主要受喷嘴运动轨 迹精度及喷嘴内径直径的影响。喷嘴运动轨迹由 CNC数控系统控制。喷嘴内径直径越小，加工精 度越高。 切边质量受材料性质的影响很大。软质材料 可获得光滑表面，塑形好的材料可以切出高质量 的切边，对于复合材料易引起材料离层或起鳞， 切割较大厚度工件时，断面质量随切割深度发生 变化。
电子枪系统
聚焦系统
抽真 空系 统
电子束
工件 电源 及控 制系 统
的材料达到几千摄氏度， 致使材料局部熔化或蒸 发，来去除材料。
电子束加工原理
作业：P112 2、3；电子束加工原理
二、射流加工的分类 根据射流介质的不同，分为纯水射流加工、磨 料水射流加工和聚合物水射流加工3类。 1、纯水射流加工 使用工业用水作为工作介 质。因切割力较小，用于切割软质材料，如纸、 橡胶、塑料、毛毯、玻璃钢、石棉板、木材和 纤维制品等。
水刀切割汽车地毯
磨料水射流加工技术课件.
1.简介
1.简介
磨料： 一般分为矿物系、金属系和人造系三类。
选用原则： （1）切割效果好； （2）价格低廉，货源头:
由水射流喷嘴、混合室和磨料射流喷嘴组成。
分类：
（1）按水射流的股数：单股射流喷头、多股射流 喷头 （2）按磨料输入方式：磨料侧进式射流喷头、磨 料中进式射流喷头、磨料切向进给式射流喷头
磨料水射流加工技术
目录
1. 简 介
2.磨料水射流的切割机理及切割规律
3. 磨料水射流加工技术研究现状
4.磨料水射流加工技术的特点、应用领域和发展
1.简介
水射流技术是近20多年发展起 来的新技术，其应用日益广泛。目 前已在煤炭、机械、石油、冶金、 航空、建筑、水利及轻工业等部门 应用，主要用来对物料进行切割、 破碎和清洗。尤其近年来随着高科 技的迅速发展，激光束、电子束、 等离子体和水射流，业已成为新型 的切割工具。其中激光束、电子束 和等离子体属于热切割加工，而水 射流是唯一一种冷加工手段。在对 许多材料的切割、破碎及表面预加 工中，水射流有其独特的优越性。
1.简介
水射流发展的四个阶段
第四阶段
第三阶段 第二阶段 第一阶段
迅速发展阶段
工业应用阶段
设备研制阶段
试验探索阶段
1.简介
磨料水射流的概念：
磨料水射流是以水为介质，通过高压发生装置获 得巨大能量，然后通过供料和混合装置把磨料加入到 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，实现材料去除的一种特种 加工方法。
1.简介
磨料水射流的加工原理：
磨料水射流加工是运用液压增压原理，通过增压器或高压泵将水
增压至超高压，将电动机的机械性能转换成压力能，具有巨大压力能 的水再通过小孔喷嘴将压力能转变成动能，从而形成高速水射流并在 混合室内产生一定的真空度，磨料在自重和压力差的作用下被吸入混 合室，与水射流产生剧烈紊动扩散和混合，形成了高速磨料水射流， 并以极高的速度经磨料喷嘴冲击工件。磨料水射流冲击工件后，材料 上局部应力场高速集中，并快速变化，因而产生冲蚀、剪切，直至材 料失效而被切除。 在磨料水射流加工过程中，起加工作用的主要是磨料粒子，水射 流作为载体使磨料粒子加速，由于磨料质量大，硬度高，所以磨料水 射流与纯水射流比较，其射流动能更大，加工效果更强。
水射流加工技术
一、基础介绍高压水射流技术是近几十年来发展起来的一门新技术，其应用日趋广泛。
从原理上讲，它与我国煤矿中使用已久的水力采煤技术基本相同，都是把具有一定压力的水通过直径较小的喷嘴形成射流，将这股水射流作为工具进行切割、破碎和清洗物料。
所不同的只是高压水射流的水压更高、喷嘴直径更细而已。
水力采煤中使用的水压通常为5~15MPa，水枪出口直径为15~30mm；而高压水射的水压一般为30MPa以上，有的高达数百兆帕，喷嘴直径则在2mm以下，最小的可达0.1mm。
因此，高压水射流可以在很小的区域内集中极大的能量，例如1000MPa 的高压水射流的能量束密度可以与激光束相匹敌[1]。
图0-1为高压水射流切割系统示意图。
由低压泵站2产生的低压水在增压器3增压后，经高压胶管传送到喷嘴4形成高压水射流。
数控箱6操作喷嘴移动，从而完成各种切割作业。
切割后的废液经回收处理后排放。
由此可见，高压水射流系统一般由压力源，喷嘴及其控制装置以及连接它们的高压管路和其他附属装置所组成。
1.1高压水射流技术的发展概况自古以来，人们总把水比作柔弱，把岩石比作坚硬。
然而，水滴石穿却正是柔弱的水穿透坚硬岩石的现象。
在大雨中飞行的飞机被雨滴侵蚀的所谓“雨蚀”现象也是柔能克刚的实例。
然而，过去人们都是以消极的态度来研究如何防止高速水流的侵蚀，没有或很少采取积极的态度来研究如何利用高速水流为人类做功而已。
19世纪中叶，在北美洲第一次使用了高压水射流开采非固结的矿床。
在20世纪50年代，苏联和中国的水力采煤就是利用水射流的冲击和输送作用。
随着水力采煤技术的推广，人们开始对高压水射流技术产生了浓厚的兴趣，同时也认识到，提高水的压力适当减小喷嘴直径可以显著地提高水射流的落煤效果。
于是人们便开始研制较高压力的压力源（高压泵和增压器）及高压脉冲射流（俗称水炮）。
进入20世纪60年代大批高压柱塞泵和增压器的问世，大大推动了高压水射流的研究工作。
当时，部分学者片面认为好像高压水射流的压力越高越好。
第七章 水射流加工
术已在核工业、航空宇航、精密制造等 工业部门广泛应用。
电子束加工应用于：电子束焊接、打孔、
表面曝光等。
世界上电子束加工技术较先进的国家：德
国、日本、美国、俄罗斯以及法国等。
第八章 电子束加工
2、加工原理
在真空条件下，利用电 子枪中产生的电子经加 速、聚焦后能量密度为 106 ～ 109w/cm2 的 极 细 束流高速冲击到工件表 面上极小的部位，并在 几分之一微秒时间内， 其能量大部分转换为热 能，使工件被冲击部位
7.3射流加工的主要工艺指标
一、切割速度、厚度及其影响因素 工作介质：有磨料的切割力高于纯水射 流。 射流压力：提高该项，有利于提高切割 厚度和速度，但增加设备的 成本。 合适的靶距可获得最大的切割速度。
二、加工精度及其影响因素
工件切割形状及尺寸精度主要受喷嘴运动轨 迹精度及喷嘴内径直径的影响。喷嘴运动轨迹由 CNC数控系统控制。喷嘴内径直径越小，加工精 度越高。 切边质量受材料性质的影响很大。软质材料 可获得光滑表面，塑形好的材料可以切出高质量 的切边，对于复合材料易引起材料离层或起鳞， 切割较大厚度工件时，断面质量随切割深度发生 变化。
7.2
数控射流加工设备
数控射流加工设备俗称“水刀”，其主要组 成 部分有增压器、喷嘴、管路系统、执行机构、 控制系统等。 一、机床运动 二、射流加工设备的液压原理 三、增压器 四、喷嘴 五、管路系统 六、工作介质
三、增压器
增压器用来提高水压，是水刀的设备的核心。 其多采用往复式，主要由活塞、液压油缸和 高压水缸组成。活塞由大、小两部分组成，靠油压 作用在大活塞上使活塞运动，小活塞则完成对水的 的增压工作。 P出水=A大/A小XP油
水刀切割 机器零件
《高压水射流加工》课件
高压水射流清洗技术使用水作为清洗 介质，安全可靠，对环境和人体无害 。
适用范围广
该技术适用于各种材料的清洗，如金 属、玻璃、陶瓷、塑料等，广泛应用 于表面处理、化工、食品加工等领域 。
高压水射流表面处理技术
提高表面质量
高压水射流表面处理技术利用高 压水流对材料表面的冲击力，能 够改善材料表面的粗糙度、平整 度和光洁度，从而提高表面质量
的切割效率和精度。
适用范围广
该技术适用于各种材料的切割，如 金属、玻璃、陶瓷、复合材料等， 广泛应用于机械制造、航空航天、 汽车制造等领域。
环保节能
与传统的切割技术相比，高压水射 流切割技术不产生有害物质，噪音 和振动较小，有利于环保和节能。
高压水射流清洗技术
表面清洗效果好
安全可靠
高压水射流清洗技术利用高压水流对 物体表面的冲击力，能够有效地清除 各种污垢和杂质，具有较好的清洗效 果。
特点
高压水射流加工具有高效、环保 、低成本等优点，被广泛应用于 工业生产、建筑、采矿等领域。
高压水射流加工的原理
原理
通过高压泵将水或其他液体加压，形成高速水流，再通过喷嘴或切割刀具将水 流以极高的速度喷出，从而产生强大的冲击力和切割力，实现对材料的加工。
影响因素
影响高压水射流加工效果的因素包括压力、喷嘴直径、水流速度、加工距离等 。
绿色制造与可持续发展
在环保要求日益严格的背景下，研究 和发展绿色、环保的高压水射流加工 技术，以实现可持续发展。
05
高压水射流加工的实际应用案例
高压水射流加工在金属切割中的应用案例
总结词
高效、环保、低成本
详细描述
高压水射流加工利用高速水流对金属进行切割，相比传统机械切割具有更高的效 率和精度，同时减少了对周围环境的污染和噪音。此外，由于水流的冲击力可以 调节，因此切割成本相对较低，适用于各种金属03
水射流加工的应用
本科课程论文题目水射流加工的应用学院工程技术学院专业机械设计制造及其自动化年级学号姓名指导教师成绩2020年12月14日目录1 前言 ............................................................................................................................................................... -2 -2 水射流加工的大体原理 .......................................................................................................................... - 2 -水射流加工的概念............................................................................................................................... - 2 -水射流加工的大体原理...................................................................................................................... - 2 -水射流加工的进展历史...................................................................................................................... - 3 -3 水射流加工的分类.................................................................................................................................... - 3 -纯水高压水射流切割 .......................................................................................................................... - 3 -磨料水射流切割.................................................................................................................................... - 4 -4 水射流加工的特点.................................................................................................................................... - 4 -水射流加工的优势............................................................................................................................... - 4 -水射流加工的缺点............................................................................................................................... - 5 -水射流加工的优越性 .......................................................................................................................... - 5 -5 水射流加工的设备.................................................................................................................................... -6 -6 水射流加工的应用.................................................................................................................................... -7 -水射流切割的应用............................................................................................................................... - 7 -水射流清洗的应用............................................................................................................................... - 8 -水射流加工的其他应用...................................................................................................................... - 8 -7 水射流加工的进展前景 .......................................................................................................................... - 9 -8 结论 ............................................................................................................................................................... - 9 -参考文献........................................................................................................................................................... - 9 -水射流加工的应用向传君西南大学工程技术学院2009级机械设计制造及其自动化1班摘要：本文第一对水射流加工的大体原理进行简略介绍，再分析水射流加工技术的进展，依照工作介质的不同，对水射流加工的各类分类进行讲述，然后再介绍水射流加工的优缺点、大体的设备和在各个领域的应用，最后分析出水射流加工技术的以后进展。
水射流加工
水射流加工技术及其应用水射流加工（Water Jet Machining ）又称为液力加工、水喷射加工或液体喷射加工，俗称“水刀”，主要靠液流能和机械能实现材料加工。
水射流加工是20世纪70年代发展起来的一门高新技术，开始时只是用在大理石、玻璃等非金属材料的加工，现在已发展成为切割复杂三维形状的工艺方法，在国内外得到了广泛的应用。
目前在机械、建筑、国防、轻工、纺织等领域，正发挥着日益重要的作用。
1. 加工原理及其特点（1）加工原理水射流加工是利用高速水流对工件的冲击来侵蚀材料的，如图1所示。
储存在水箱中的水或加入添加剂的水液体，经过过滤器处理后，由水泵抽出送至蓄能器中，使高压液体流动平稳。
液压机构驱动增压器，使水压增高到70～400MPa 。
高压水经控制器、阀门和喷嘴喷射到工件上的加工部分，进行切割。
切割工程中产生的切屑和水混合在一起，排入水槽。
（2）主要特点水射流加工使用水作为工作介质，是一种冷态切割新工艺，属于“绿色”加工范畴，它可以加工各种金属、非金属材料，各种硬、脆、韧件材料，无法且具图1 水射流加工装置示意图工件有其他工艺方法比拟的技术优势：①切割时工件材料不会受热变形，切边质量较好：切口平整，无毛刺、切缝窄、宽度为0.075～0.40mm。
材料利用率高，使用水量也不多（液体可循环使用），降低了成本。
②加工过程中，作为“刀具”的高速水流不会变“钝”，各个方向都有切削作用，因而切削过程稳定。
③切割加工过程中，温度较低，无热变形、烟尘、渣土等，加工产物随液体排出，故可以用来切割加工木材、纸张、弹药等易燃、易爆材料及制品，这是其它加工方法无法取代的。
④由于切割加工温度低，不会造成火灾。
“切屑”混在水中一起流出，加工过程中不会产生粉尘污染，因而有利于满足安全和环保的要求。
⑤加工材料范围广，既可以用来加工非金属材料，也可以用来加工金属材料，而且更适宜于加工切割薄的和软的材料。
⑥加工开始时不需要退刀槽、孔，工件上的任何位置都可以作为加工开始和结束的位置，与数控加工系统相结合，可以进行复杂形状的自动加工。
水射流知识点总结
水射流知识点总结一、水射流的基本原理水射流是一种利用水作为驱动介质，高速出口的水流形成高压射流，通过增压泵将水加压，形成流速高于音速的射流，再通过喷嘴和加速管将高速射流喷射到工件表面进行加工的一种先进切削工艺。
1.水射流加速原理水射流系统由增压泵、高压软管、进口阀、加速管和喷嘴等组成。
增压泵将水加压至300-400MPa,使其成为流速高达1000-2000m/s的射流。
通过喷嘴和加速管将高速射流喷射到工件表面进行切割。
由于喷射出的流速非常高，因此水射流能够在短时间内将工件切割成所需要的形状。
2.水射流磨料混合原理水射流磨料切割技术是在水射流技术的基础上，通过添加磨料到高速射流中，利用磨料的抛射作用来增加水射流的切割能力。
添加磨料可以有效提高切割效率和精度，对于硬质和耐磨材料的切割效果尤为明显。
3.水射流清洗原理水射流清洗技术是利用高速水射流对工件表面进行清洗，通过高速水射流的冲刷作用，可以有效去除表面的污垢和氧化物，达到清洗和除锈的目的。
相比传统清洗方法，水射流清洗技术更加节能环保，清洗效果更好，适用于各种材料的清洗。
二、水射流的应用领域水射流技术因其高效、环保、精确、无污染等优点，在众多领域得到了广泛应用。
1.航空航天在航空航天领域，水射流技术可用于切割和清洗飞机零部件、发动机零部件等，能够实现高速、精确的切割，保证零部件的质量和精度。
2.汽车制造汽车制造领域，水射流技术可用于切割车身板、切割车轮、清洗发动机和底盘等，具有高效、精准的切割能力，可以有效提高汽车生产效率和产品质量。
3.船舶制造在船舶制造领域，水射流技术可以用于切割船体板、清洗船体表面、清理船体内部等，具有高效、环保的优点，可以有效避免对海洋环境的污染。
在矿山开采领域，水射流技术可用于切割硬岩石和煤矿等，具有高效、无污染、安全可靠等优点，可以有效提高矿山开采的效率和安全性。
5.建筑工程在建筑工程领域，水射流技术可用于切割混凝土、清洗建筑物表面、除污等，具有高效、环保、无污染等优点，可以提高施工效率和质量。
高压水射流切割技术
高压水射流切割技术一、高压水射流加工简介近二十年来，随着科学技术的不断发展，人们不断的发掘着自然界中有益的现象并加以改造为人类服务。
为了提高效率，【1】人们将水加以高压，并使之从直径较小的喷嘴中喷出，形成一束高速、连续或间断的水流束，这便是高压水射流。
水射流加工(water Jet Cutting)又称水喷射加工，是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，俗称“水刀加工”，即利用高压水射流对各种材料进行切割、穿孔和工件表层材料去除等加工【1】。
与其他高能束流加工技术相比，水射流切割技术具有独特的优越性。
高压水射流切割法是一种新型的切割方法，可以切割用其他切割方法无法加工的材料，应用范围涵盖各种金属及非金属材料。
在切割过程中不会使被切割材料产生热影响区，切口边缘的材质不发生变化，这种切割方法的精度较高，适用于加工尺寸精度要求高的零部件。
高压水射流切割因其独特的优点而在切割领域占有重要地位，在矿业、土木工程、建筑业以及航空航天业中的应用日益广泛，应用前景良好。
二、高压水射流切割原理①高压水射流切割示意图1-水箱 2-过滤器 3-水泵 4-蓄能器 5-液压系统6-增压器 7-控制器 8-阀门 9-喷嘴 10-工件 11-水槽【2】高压水射流切割是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵至增压器，再经贮液蓄能器使高压液体流动平稳，最后由人造蓝宝石喷嘴形成300-900m/s（约为音速的1-3倍）的高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的。
高速液体束流的能量密度可达102W/mm2,流量为7.5L/min【2】。
储存在水箱中的水经过滤器处理后，由水泵抽出送至蓄能器中。
液压系统驱动增压器，使水压增高。
高压水经控制器、阀门和喷嘴喷射到工件的加工部位进行切割。
切割过程中产生的切屑和水混合在一起，排入水槽。
【3】利用增压装置将水加压到几十至数百兆帕后从喷嘴中喷出形成高压水射流。
高压水射流本身具有较高的刚性，在与工件发生碰撞时，会产生极高的冲击动压和涡流。
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7.4 射流加工的应用
射流加工技术目前主要用于切割加工。 此外，通过降低水压或增大靶距和流量， 还可以进行高压清洗、破碎、表面毛化、 去毛刺及强化处理。
第八章 电子束加工
2、加工原理
电子枪系统
在真空条件下，利用电
子枪中产生的电子经加 速、聚焦后能量密度为
聚焦系统
106 ～ 109w/cm2 的 极 细
束流高速冲击到工件表 抽真
面上极小的部位，并在
空系 统
电子束
几分之一微秒时间内，
工件
其能量大部分转换为热 电源
能，使工件被冲击部位 及控
的材料达到几千摄氏度，
制系 统
致使材料局部熔化或蒸
发，来去除材料。
电子束加工原理
作业：P112 2、3；电子束加工原理
水刀雕刻木材
玻璃雕刻
水刀切割：航天工业应用
五轴复合材料切割
使用超高压水刀清洗的飞机发动机燃烧罐
水刀切割：石材及陶瓷业应用
加砂水刀在世界各地被运用 来切割石材及磁砖
水刀切割：造纸业应用
纸尿片切割 超高压水以3倍音速的速
度从喷嘴射出，因此并 无水份被切割材料吸收 纵切器使用超高压水切 割每分钟7000英呎运转 速度的卷筒纸
与前者比，磨料水射流将纯水射流对物料
的静压连续作用改变为磨料粒子流对物料的高 频撞击与冲蚀作用，可成倍地提高切割力，拓 宽了切割材料的范围，几乎可切割所有的硬质
材料。
水刀切割 机器零件
3、聚合物水射流加工 向水中加入少量高分子长链聚合物，可提
高射流密集度及射程，能切割较软或稍硬
材料。
三、射流加工的特点 1、加工对材料无热影响，对加工热敏感材料 尤为有利。 2、可切割各种金属、非金属材料，各种硬、 脆、韧性材料。 3、切缝窄，几乎不产生飞边、毛刺。 4、切割时对环境无污染，且可在深水下作业 属于绿色加工范畴。 5、效率高，加工成本低。 6、喷嘴的成本较高，使用寿命、切割速度和 精度仍有待进一步提高。
利用高能量密度的电子束撞击工件表面 产生的热量进行加工的。
第八章 电子束加工
经过几十年的发展，目前电子束加工技 术已在核工业、航空宇航、精密制造等 工业部门广泛应用。
电子束加工应用于：电子束焊接、打孔、 表面处理、熔炼、镀膜、物理气相沉积、 雕刻、铣切、切割以及电子束曝光等。
世界上电子束加工技术较先进的国家：德 国、日本、美国、俄罗斯以及法国等。
7.2 数控射流加工设备
数控射流加工设备俗称“水刀”，其主要组 成 部分有增压器、喷嘴、管路系统、执行机构、 控制系统等。 一、机床运动 二、射流加工设备的液压原理 三、增压器 四、喷嘴 五、管路系统 六、工作介质
三、增压器 增Βιβλιοθήκη 器用来提高水压，是水刀的设备的核心。
其多采用往复式，主要由活塞、液压油缸和 高压水缸组成。活塞由大、小两部分组成，靠油压 作用在大活塞上使活塞运动，小活塞则完成对水的 的增压工作。
P出水=A大/A小XP油
7.3射流加工的主要工艺指标
一、切割速度、厚度及其影响因素 工作介质：有磨料的切割力高于纯水射 流。 射流压力：提高该项，有利于提高切割 厚度和速度，但增加设备的 成本。 合适的靶距可获得最大的切割速度。
二、加工精度及其影响因素 工件切割形状及尺寸精度主要受喷嘴运动轨
迹精度及喷嘴内径直径的影响。喷嘴运动轨迹由 CNC数控系统控制。喷嘴内径直径越小，加工精 度越高。
二、射流加工的分类
根据射流介质的不同，分为纯水射流加工、磨 料水射流加工和聚合物水射流加工3类。
1、纯水射流加工 使用工业用水作为工作介 质。因切割力较小，用于切割软质材料，如纸、 橡胶、塑料、毛毯、玻璃钢、石棉板、木材和 纤维制品等。
水刀切割汽车地毯
2、磨料水射流加工 使用混有细粒度磨料的水射流作为工作介质。
水刀切割机器零件
水刀
加砂切割 可切割任何材料而不产生热效应或
机械应力 加砂切割系可完成精密切割
铣削型腔
切割金属零件
切割非金属零件
第八章 电子束加工
8.1 电子束加工
1、概述 电 子 束 加 工 （ Electron Beam
Machining 简称EBM）起源于德国。 1948年德国科学家斯特格瓦发明了第 一台电子束加工设备。
第七章 数控水射流加工
水射流加工机
水刀切割：食品业应用
家禽肉类切割 食品切割是超高压水刀切割最早应用之一
7.1射流加工的原理、分类及特点
一、射流加工的原理 运用液体增压原理，通过特定的装置，如
增压器，将过滤后的工业用水加压至 100~400MPa，再经过直径为0.08~0.5mm的 喷嘴孔口，形成500~900m/s的高速细径射流， 功率密度达 106W/mm2，用其对被切割材料进行切割。