磨料水射流加工技术共36页文档
前混合磨料水射流喷丸强化技术
前混合磨料水射流喷丸强化技术摘要：近年来，前混磨料射流得到了发展。
前混磨料射流是将磨料和水在高压水管路中均匀混合成磨料浆水，然后由磨料喷嘴喷出形成磨料射流，其速度比水射流高75%左右。
因此，预混磨料射流中的磨料动能高，从而达到高效、优质、无污染的喷丸效果。
关键词：喷丸强化技术。
水射流。
供料方式。
针对前混合磨料水射流喷丸强化技术的工作原理及其供料系统,比较出前混合磨料水射流与后混合磨料水射流喷丸技术之间的差异,从而确定了采用该技术的优越性。
一、前混合水射流强化技术的特点传统的喷丸强化工艺因其具有提高金属零构件抗疲劳断裂和抗应力腐蚀断裂能力而得到了广泛的应用,但是还存在以下不足:（1）由于零构件的凹槽部位和粒不能有效撞击,易产生喷丸死角,造成无法实施强化或喷丸强度不足;（2）喷丸强化表面粗糙度达不到要求;（3）气动高强度喷丸效率低,不能达到节省能源的目的;（4）不能达到环保的要求。
与传统喷丸强化工艺相比,高压水射流喷丸强化技术具有以下特点:1）能对存在狭窄部位、深凹槽部位的零件表面以及复杂结构零构件、微小零件表面等进行无死角喷丸强化;2）通过调整射流压力能对不同硬度的材料进行大面积喷丸强化,具有广谱性,尤其适用于超高硬度、超脆材料零构件的表面喷丸改性;3）喷丸表面粗糙度值变化很小,可减少应力集中现象,提高强化增益效果;4）对喷丸装置抗压性要求较低,有利于降低生产和维护成本;5）喷丸表面温度变化较小,不会改变材料的物理性质和化学性质;6）喷头体积小,移动方便,易于实现光控、数控及机械手控制,提高喷丸强化质量;7）整套工装体积不大,可以装在机动车上进行远距离操作和外场作业;8）强化过程中不会产生有害气体及粉尘,有利于环境保护和操作者的健康绿色喷丸强化。
二、前混合水射流强化机理前混合磨料水射流喷丸强化技术是将混合磨料技术引入到喷丸领域,以实现优质、高效、节能、安全、环保的湿式绿色喷丸强化新工艺。
高压水射流喷丸强化机理就是将携带巨大能量的高压水射流以某种特定的方式高速喷射到金属零构件表面上,使零构件表层材料在再结晶温度下产生塑性形变(冷作硬化层),呈现理想的组织结构(组织强化)和残余应力分布(应力强化),从而达到提高零构件周期疲劳强度的目的。
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。
磨料水射流抛光技术
ｏｉ ｏｋ ｌ Ｐ ｏ 伴ｓ ｅ ｈ ｂ ａ ｃ ｌ ｈ ｐｌ ｉ ｔ ｓ 气 ｔｙ ｕ ｃ ｗ ｉ ｈ ｏ ｐ ｓ Ｐ ・ ｓ ｇ 困ｒ ｂ ｅ ｏ ａ ｆ ｉｓ ｃｖｏ ｅ ａ ｍ ｘ ｅ ｓ
硕士学位论文
Ｋ ｙ 。 ：５ ｒ ｔ ； ｒ ｌ ｗａ ｒｃ Ｐｌｈ ｇ Ｐ ５．沪 功加： ｕ ｃ ｅ， 川５ １ ｏ ｙ Ａ ａｖ ｔ ｊ ｏｉ ｉ ； ｒ １ ． ｅｔ ｓ司 ｅ 人ｐ ｔ ｐ ｂ ｓ ｅ ｅ ｔ ｏｅ ： ｓｎ 眠 吕 抽
ｈ ａ ｔ ｖ ｂ ｌ ｃ ｒ０ Ｐ ｓ ｆ ｅ ｈ ｅ Ｔ ｅｆｃ ｒ ａ ｕｔ Ｐ ｔ ｙｅ ｒ‘ ｒ ｇ．ｓ胡ｄ ｏ ｅｅｂｌ ｅ ａ ｍ ． ｒ ｅ ｃ ｃ ｏ ｈ ｏ ｔ ｕａ ｏ ｕ ｓ ｕ ｓｍ ｔ ｎ ｕ Ｐ ａ ｅ 招ａ Ｃ ｑ ｒ ｅ
ｖ ｉ ｎ Ｔ ｅ ｌ ｐ 面ｎ ｅ ｎ ｕ ａ ｔｓ ａ ｂｎ ａ ｎ ｙ ｇ ｅ．ｂ 加ｔｒ ｉ ｇ ｔ ｂｉ ｐ ａ ｅｒｈ ｅ ｅ ｇｉ ｂ ｕ吨 Ｏｂｇｎ ｅ ｓ ｒｏｏ ａ ｔ ｌ
拍ｕ ｎｓ 沙 ｃ
兰州理工大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明： 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。 除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均 己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
原型的过程１ １ ３ 。 快速成型制造思想的初始思路如图１１ ． 所示， 将三维实体截成一系列连续薄切片的
本学位论文属于
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２ 、不保密团。
年解密后适用本授权书。
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作者签名： 导师签名：
飞机复合材料磨料水射流加工
复合材料 世界飞机复合材料磨料水射流加工用于复合材料修边的A W J工艺自20世纪80年代引入以来，取得了很大的进展，现在已成为一种飞机工业广泛接受的主流工艺，如今，几乎所有的飞机制造商都采用AWJ技术对复合材料进行修边。
但仍需提高夹具、AWJ工具切割头以及端部受动器技术，以满足更多零件外形和尺寸需求。
新软件和离线编程对于飞机工业接受AWJ系统也至关重要。
Machining Airframe Composite With Abrasive Waterjet碳纤维复合材料作为商用飞机的结构材料，其应用得到了引人瞩目的增长。
这种材料在波音787飞机的用量占飞机结构重量的50%，在空客350XWB飞机中的用量占飞机结构重量的52%。
由于技术、环境和成本的原因，磨料水射流（A W J）已成为碳纤维复合材料修边和切割的一项重要的技术。
AWJ的切割速度比传统的刨削快，同时采用A W J切割可获得良好的表面光洁度和高的整体性。
近年来，A W J在硬件、软件、工艺可靠性、机动性和生产率等方面取得了重要进展，已成为飞机制造商及其子公司承包商的主要工具。
本文简要介绍了A W J技术的硬件、软件和常规应用加工工艺（如碳纤维复合材料的修边和钻孔）。
复合材料系统飞机喷气式发动机和飞机机体组件上用的复合材料主要包括有机复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。
例如，喷气式发动机的冷端部位可包含有机复合材料、金属基复合材料以及金属间化合物。
其中有机复合材料组件主要包括风扇结构、风扇叶片、进气口和出气口导向叶片、定子叶片以及控制罩。
Graphite-PMR-15结构部件在诸如GE F110、F104、PW-1120和1130发动机上应用。
热端部位（如燃烧室和涡轮排气）则需要一些金属间化合物、单晶超合金、陶瓷基复合材料或碳/碳复合材料，以满足高温性能的要求。
有机复合材料尤其是航空结构用碳纤维复合材料，最初仅在军用飞机上应用。
现在，碳纤维复合材料已广泛应用到商用飞机的部件中，如机翼部件（蒙皮、翼梁、前缘、副翼），机身部件（面板、长桁、机身梁、舱门），尾翼部件（垂尾/平尾、蒙皮、方向舵、副翼），龙骨梁，中央翼盒或腹部整流罩。
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。
磨料水射流加工技术的研究现状
了提高加工表面质量， 许多学者进行了大量研究 !"$’!"。 ()*+,- !."、 /0 1234,5 !6"、 70 89-: !""以氧化铝陶瓷作为试 样， 研究了射流入射角 （射流束中心线与水平面之间的夹 角） 对加工质量的影响， (0*+,- 发现当入射角为 6#%6;’ 时， 切割深度最大， 因此他们提出用喷嘴摆动技术来提高 光滑区切割深度， 结果发现， 采用喷嘴摆动技术可使光滑 区切割深度增加 <#=， 最佳的摆动角度为 ’;%>#(， 最佳的 !"! 磨料水射流工艺参数对切割性能和切割质量的影响 （!） 影响磨料水射流切割性能的因素 由于磨料水射流切割是一个非常复杂的过程，因此 影响磨料水射流切割性能的参数很多 !"!#"""， 包括动力学参 数 （水喷嘴直径、 水压力） 、 磨料参数 （磨料材料、 尺寸大 小、 流量） 、 磨料喷嘴参数 （磨料喷嘴直径、 长度、 材料） 、 切 割参数 （切割速度、 靶距、 冲击角度、 切割次数） 、 工件参数 （硬度） 等。 但易于控制的工艺参数主要有水压力、 磨料参 数、 切割速度和靶距等。 评价切割性能的指标主要包括切穿深度、切口形状 （切口上、 下部的宽度和切口锥角） 、 加工表面质量 （粗糙 度和波纹度） 等。 工艺参数对切割深度的影响 （"） 切割深度是评价磨料水射流切割性能的一个重要指 标，为此许多学者试验研究了工艺参数对不同材料的切 无论是韧性材料、 脆性材料 割深度的影响 !!$%"。结果表明， 还是复合材料， 工艺参数对切割深度的影响是一致的。 水压力的影响： 水压力增大时， 切割深度几乎呈线性 增加， 这是由于水压越大， 水射流的速度就越高， 其动能 也越大， 磨料所获得的动能也越大， 射流的切割能力就增 加， 因此能够达到的切割深度就越大。 磨料因素的影响： 在磨料水射流加工中， 磨料对材料 的切割作用达到 "#$ 以上，磨料耗费占切割总耗费的 磨料流量、 磨料的粒度和硬度是主要的因素。 !#$%&#$， 磨料流量增加，切割深度增加，但不随磨料流量线性增 加， 而是减小了增加率， 这是因为磨料流量增加， 会使磨 料间相互碰撞的几率增加， 消耗了部分能量， 因此减小了 每个磨粒的切割效率。磨料硬度越高， 切割深度越大， 最 佳粒度为 &# 目， 这是由于大颗粒磨料质量大， 不易加速， 小颗粒磨料质量小， 加速后动能达不到较强的切割能力。 切割速度的影响： 切割速度增加， 切割深度减小， 这 是由于切割速度增加时，磨料对工件的重复切割运动减 少， 使较少的磨粒冲击工件表面， 因此切割深度减小。 靶距的影响： 随着喷嘴靶距的增大， 磨料水射流的集 束性逐渐降低， 并且使磨料的动能减弱， 冲蚀能力下降， 使切割深度减小。 （&） 工艺参数对切割质量的影响 虽然水射流加工有很多优点， 但它也存在不少问题， 例如波纹区的产生会影响加工质量，要想获得理想加工 表面， 只有当工件厚度小于光滑区深度才可以。因此， 为 摆动频率视切割速度而定。70 89-: 认为采用喷嘴摆动方 法可使锥度减小 ;!=， 同时还可大大降低表面粗糙度。 /0 (,??9 !’#"研究了用喷嘴摆动技术加工低碳钢和铝时对表 面粗糙度的影响， 结果表明， 采用喷嘴摆动技术可使表面 粗糙度值减小 <#=， 并得出结论： 对比较薄的材料可采用 喷嘴摆动技术来提高表面质量，对于较厚的材料可采用 切割速度大的喷嘴摆动技术， 切割低碳钢时， 摆动角度应 大一些， 而摆动频率小一些， 切割铝时， 大摆动角度可提 高加工质量。 @0 A95+25+ !’’"、 70 89-: 为了提高切削质量，
磨料射流
磨料射流一、磨料射流及射流设备磨料射流是指磨料在某种外动力的作用下被加速后，高速运动的磨料所形成的射流。
磨料流是指高速运动的磨料射流在空中所形成的轨迹的集合。
磨料射流可以有载体如喷砂机和高压水清理机中的压缩空气和压力水，也可以无载体，如抛丸机中的机械磨料射流。
根据射流动力的不同，磨料射流可以分为空气磨料射流、液体磨料射流、气液磨料射流和机械磨料射流四种。
我们把四种磨料射流的特点归纳如下。
射流种类磨料射流的特点空气磨料射流磨料自始至终是在压缩空气的作用下运动，压缩空气是磨料运动的载体，磨料流为两相流。
液体磨料射流磨料自始至终是在水的作用下运动，水是磨料运动的载体，磨料流为两相流。
气液磨料射流磨料是在压缩空气和水的共同作用下运动，这时，压缩空气和水共为磨料运动的载体，磨料流为三相流。
机械磨料射流磨料是在离心抛轮的作用下运动，磨料流中只有磨料颗粒，而无其它任何载体，磨料流为单相流。
四种射流动力体现在三类射流设备中，即喷砂机、高压水清理机和抛丸机。
因此，除以上的分类外，目前各生产厂家还以产品即射流设备进行分类，一般按照喷砂机、高压水清理机和抛丸机三种产品进行分类。
二、磨料射流功能及用途磨料射流是靠高速运动的磨粒来完成加工的，因为，磨料射流具有微刃切削加工、微量切削加工和无余量加工的能力和特点，因此，磨料射流具有以下的一般加工功能。
功能用途1 ．工件表面的清理热处理后的氧化皮、残盐、残油等；黑(有)色铸造件的氧化皮、型砂等；无余量加工精密铸件的氧化皮、型砂等；机械加工件的残留物、微毛刺等；焊接件的氧化皮、焊渣等；冷、热轧钢板(型钢)的氧化皮、锈蚀层等；各种模具型腔的脱模剂、沉积物等；陶瓷元件表面的烧结残留物；塑料成型件的飞边；物体表面的放射性元素；桥梁、水电站闸板、船舶、建筑物；机场跑道的橡胶附着层；火车车厢；各种管道和容器罐；旧机件的油污、附着物等；集装箱的残漆、锈蚀层和附着物等；瓷器上错误的烧结层；装饰表面的划伤......2 ．工件表面涂覆前的前处理喷漆、烤漆前；喷塑前；金属喷涂前；镀锌、铬、镍前；氧化处理前；探伤前……3 ．改变工件的物理机械性能提高或降低表面粗糙度；变表面拉应力为压应力；提高表面的润滑状态；降低偶件的运动噪音；提高表面的摩擦系数……4 ．工件表面的光饰加工金属外装饰表面的抛光；获得亚光或漫反射表面；木器制品表面的抛光……。
磨料水射流切割工艺参数的实验研究
变其中一个工艺参数， 而其他参数保持不变， 根据得出的实验数 获得的动能也小， 因此对混凝土的冲蚀能力较弱， 此时的切割深
据画出每个工艺参数对切割深度的影响规律曲线图， 分析该参 度也就较小； 反之， 在磨料浓度一定时， 随着粒径增大， 射流中的
数单独变化对切割深度的影响。
颗粒数减少， 而且由于惯性及流体阻力的作用，大颗粒的加速减
水射流的喷射压力是影响水射流切割的一个重要参数， 它 决定了射流对材料的破坏能力。在一定的喷嘴尺寸和结构下， 水压主要影响到射流的速度， 水压越大， 水射流的速度就越高， 其动能也越大， 磨粒也能获得更大的动能， 射流切割能力增加， 因此， 能够达到的切深就越大。在特定的条件下， 存在最小临界 值， 当水压小于该值时， 射流不具有切割能力， 将图 ２ 的压力 － 切 深关系曲线延伸到与压力坐标轴相交， 就得到了最小切割压力。
３ 实验研究
３．１ 射流压力对切割深度的影响
实 验 中 射 流 压 力 ｐ 分 别 取 ４、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、９、 １０ＭＰａ 十个等级。其他实验条件为： 切割速度 ｖ 为 ０．４８ｍ／ｍｉｎ，靶 距 Ｌ 为 ３５ｍｍ， 磨 料 流 量 Ｑ 为 ６．６ｋｇ／ｍｉｎ， 磨 料 粒 径 Ｄ 为 ０．２１２ｍｍ， 材料取 Ｃ３ 试块。射流压力与切割深度的实验值及回 归曲线如图 ２ 所示。
材料破坏能力的是磨料水射流总的打击力和磨粒的微切削作
用， 以及磨料水射流的冲蚀作用。当磨料浓度一定时， 粒径越小，
射流中总的颗粒数越多。小颗粒的质量小， 容易被加速， 而大颗
粒则难以被加速。当磨料射流中的颗粒粒径较小时， 虽容易被
３．２．２ 磨料流量对切割深度的影响
对于一定粒径的磨料射流来讲， 磨料流量反映了射流中磨 料颗粒数量的多少， 影响到对材料的冲击频率， 因此它对切割深 度也必然会产生影响。
水力喷砂射孔技术介绍
机具及规格
工具名 序号 称 单枪 喷嘴 数量 3 喷嘴 内径 直径 (mm) (mm) 5 外径 (mm) 长度 (mm)
套管 压井阀
水力锚 319.0m
1
喷枪A 喷枪A
58.0 145.0 280.0
喷枪B B 321.5mm 油管短节 324.00m
2
喷枪B 喷枪B
3
6
58.0 145.0 280.0
（3 ）泵 注 程
序 号 1 2 3 4 5 作业内容 排量 m3/min 压力 MPa 55.0 0.80.8-1.0 2.0-5.0
序
砂 比 % 砂量 m3 液量 m3 时间 min 3.0 2.0--3.0 3.0 备注
地面试压 清洗油管 停泵投球 携砂液 顶替液 2.3 2.3
原液 原液（ 原液（套管 见液） 见液） Φ45.0 mm
水力喷砂射孔（磨料射流） 水力喷砂射孔（磨料射流）是在高压水作用下加砂 射穿套管沟通地层的一种新技术和新工艺。 射穿套管沟通地层的一种新技术和新工艺。
1.1 技术应用范围
a. b. c. d. e. f.
油层较薄（厚度1.0米）、无法进行压裂增产的井 油层较薄（厚度1.0米）、无法进行压裂增产的井 1.0 特低渗透致密油藏，降低井底渗流阻力， 特低渗透致密油藏，降低井底渗流阻力，常规射孔 难以求产的井 不宜实施酸化增产的酸敏油藏 油层污染严重的各种套管井的射孔 压裂前期预处理来降低地层破裂压力等场合 适用井深：<4000米 适用井深：<4000米
40-44 40-44
6-7
2-3
51 8-10
22 5
石英砂 原液
停泵（放压为零），上提管柱 重复序号4、 步骤 步骤。 停泵（放压为零），上提管柱1.0m,重复序号 、5步骤。 ），上提管柱 重复序号 总计 6-7 8-10 160.0 66.0
磨料水射流加工技术
从微观角度上讲，磨料水射流切割的实质为大量磨料粒子对工件材料微磨削的累积作用，
需解决的关键问题是切口形貌和切割深度的控制。磨料水射流关键装备及精确切割机理数学 模型的发展与完善，使目前该技术能够切割100一200 mm厚的金属材料和约50 mm厚的硬脆材 料结构件。然而，在大厚度结构件的磨料水射流切割过程中，射流束会因能量衰减而产生
1.简介 1.单射流磨料侧进式喷头
优点：结构简单，射流的 密集性和稳定性都较好。
缺点：磨料与水混合的效 果较差。
1.简介 2.单射流磨料切向进给式喷头
磨料与水射流充分混合，同时 减少磨料间的相互碰撞，提高磨料射
流的切割能力。
1.简介 3.多射流磨料中进式喷头
多用于磨料射流清洗或除锈
1.简介 4.带准直管的磨料射流喷头
式中,hC一切割磨损模式的切割深度(mm) ; hd一变形磨损模式的切割深度(mm);Ck一特征速 度(m/s) ; dj一射流直径(mm);m一磨料质量流量(g/s) ; Ve一磨料粒子的临界速度(m/s) ; Vo一 磨料粒子的初始速度(m/s) ; P 一磨料粒子的密度(g/cm3) ; u一喷嘴的横移速度(mm/s) ;Cf摩 擦系数; 一流动应力(MPa)。 该模型几乎包含了磨料水射流加工所涉及的所有参数，然而，其中一些参数如Vo, Ve等须由 实验测定，因此当由不同的操作人员操作时，所取的结果是不同的。
压力的增加而增加，随靶距的增大而减小，与磨料的供给量存在最佳值关系。在 横移速度、材料厚度一定时，存在最佳靶距值，使切割深度最深;随着靶距的增大， 切槽宽度逐渐增大。在喷嘴横移速度一定时，随着压力增加，切割深度逐渐增大。 在压力一定时，横移速度越小切割深度越深。
3.磨料水射流加工技术研究现状
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
大厚度材料磨料水射流切割工艺及关键技术
５ Ｄ为超厚 板 ， 中厚 和 超 厚板 均 视 为 大厚 度 ０ｍｉ ＿ 而
发挥 其优 越性 。例 如 对 碳 素结 构钢 、 锈 钢 等 塑 性 不
材料 ， 割有 效 深 度 平 均 在 ８ Ｆｍ 左 右 ， 度 为 １ 切 ｉ ｌ 厚 Ｏ ｍｉ 的 １ ｒ８ ９ 不 锈 钢 板 切割 时 断 面呈 明 显 坡 Ｄ ＿ Ｃ １ ＮｉＴｉ 度； 对硬 质 合 金 、 理 石 等 脆 性 材 料 ， 度 超 过 ２ 大 厚 Ｏ ｍｉ ， 口断 面有 明显 坡 度和 波纹 。 Ｔ切 ｔ
磨 料水 射流 （ ＡＷＪ 切 割技 术 是进 入 ２ ） ０世 纪 ９ Ｏ 年代 以来 迅 速 发 展 起 来 的 特 种 工 艺 ， 以其 独 特 的 “ 、 ” 工特 性及 环保 、 效 、 冷 软 加 高 适应 性广 等 特点 ， 在 机械 制造 业 占有 越来 越 重要 的地 位 ， 对各 类 热敏 、 硬 脆材 料 的切 割更 具无 与 伦 比的优 越性 【 。 】 』 我 国磨 料水 射 流 加 工 技 术起 步 晚 ， 别 是 在 应 特 用研 究方 面 基 础 十 分 薄 弱 。 国产 机 床 自动 化 程 度
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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。
磨料水射流技术分类
磨料水射流切割是20世纪80年代迅速发展起来的新型水射流切割技术，是在高压水射流中加人磨料形成的。
目前国内磨料水射流水下结构物切割技术，多数处于研究阶段。
而国外一批海洋工程公司已经将该技术大量用于海洋石油等领域。
磨料水射流技术可以分为以下种类：1、前、后混合磨料射流根据加入磨料方式的不同，将磨料射流分为前混合磨料射流和后混合磨料射流。
1）前混合磨料射流前混合磨料射流的磨料与高压水在磨料罐中初步混合，处于拟流体状态，通过高压软管送到喷嘴。
前混合磨料射流改善了磨料与水介质的混合机理，工作压力较低。
2）后混合磨料射流后混合磨料射流切割系统，其磨料混合在喷嘴内部完成。
因为磨料是在射流形成之后加入的，所以磨料与高速水很难充分混合，为了获得高速度的冲击磨粒，需要提高系统工作压力。
前混合磨料射流的磨料是通过高压软管与水一起输送，长距离应用时存在严重的管路磨损和堵塞问题，通常用于浅水。
后混合磨料射流的磨料采用独立的软管进行输送，不存在高压水管堵塞问题，也不存在高压水管管路磨损严重的问题，适合钢结构水下切割尤其是深海切割的作业方式。
2、外切割和内切割按作业环境内有无固体壁面的限制来分，水射流可外切割和内切割。
1）外切割以管型结构的切割为例，外切割(从管型结构外部进行切割)是自由水射流。
2）内切割管型结构等构件内切割时，作业环境受到固体壁面限制，是非自由水射流，而且是具有代表性的管中射流。
一般，海洋石油平台桩基、导管、套管管串等管型结构优先采用内切割，因为内切割不需要潜水员下水作业，因而通常成为业主的优先选择方式。
但内切割常常因为土壤的作用而使得视觉监视困难，需要采用其它技术监测切割过程。
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磨料水射流铣削加工表面质量的研究
收稿日期：2018-01-05基金项目：国家自然科学基金项目（51275210）作者简介：赵漫漫（1982 -），女，陕西延安人，讲师，硕士，主要从事机电一体化科研和教学工作。
磨料水射流铣削加工表面质量的研究Research on surface quality of abrasive water jet milling赵漫漫1,3，黄涛涛2,3，何雪明2,3ZHAO Man-man 1,3, HUANG Tao-tao 2,3, HE Xue-ming 2,3（1.无锡机电高等职业技术学校，无锡 214028；2.江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，无锡 214122；3.江南大学 机械工程学院，无锡 214122)摘 要：以磨料水射流铣削加工质量为核心，通过对45#材料进行铣削加工实验，采用单因素分析法，分析磨料水射流铣削加工时主要加工参数靶距S、喷嘴移动速度v、射流压力p、横向进给量L、铣削次数n对铣削加工质量的影响，得到了加工参数对表面质量的影响规律，为磨料水射流铣削加工其他材料提供了参考。
关键词：磨料水射流；铣削；加工参数；表面质量 中图分类号：TP69 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2018)08-0075-040 引言在现代工业生产活动中，金属材料和制品一直占据着重要的地位，但是传统的金属材料加工方法，容易产生热变形、刀具磨损以及能量损失过大等问题。
磨料水射流技术[1]作为一种新兴冷态加工技术，与传统加工方法相比，不存在热影响区、热变形、接触应力，具有加工材料广泛、稳定性好、质量高、柔性高、无刀具磨损以及绿色环保等优点，逐渐在各行各业得到广泛应用。
本文通过对45#进行铣削加工实验，探究磨料水射流加工参数对铣削表面质量的影响，为磨料水射流铣削加工其他材料提供参考。
在磨料水射流铣削加工方面，国内外研究较少。
周大鹏等[2]研究了各种材料应用水射流加工的可加工性。
彭家强等[3]对磨料水射流铣削对金属材料的去除力和去除模型进行了研究，为金属的铣削加工和切削去除分析提供了理论借鉴。
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。
水力喷砂射孔技术介绍
4 现场实验
a. 完毕现场试验配套工具旳加工准备 b. 拟定现场试验管柱工艺方案 c. 拟定现场施工水力喷砂射孔方案 d. 完毕现场施工两口井，井号为三厂克
浅十稠油井23254和23255
接泵车 丝堵丝
319.0m
闸门
防喷器
压力表 闸门 返排管线
机具及规格
套管 压井阀
序号
工具名 称
单枪 喷嘴 数量
2.3 水力射孔喷砂剂/携砂液旳研究
喷砂剂旳筛选
影响原因：砂粒旳粒径、椭圆度、硬度和砂比 试验表白： （1）含砂比(体积比)为5--8%时, 喷射效果最佳 （2）取粒径为0.4—0.8mm旳石英砂可满足现场
施工要求
水力携砂液旳筛选
要求: 携砂性能好、低磨阻、低滤失、不污染环境、 成本低。优选YSBD-1胍胶缓交联体系作为携砂液。该 体系具有下列特点：
水力喷砂射孔（磨料射流）是在高压水作用下加砂 射穿套管沟通地层旳一种新技术和新工艺。
1.1 技术应用范围
a. 油层较薄（厚度1.0米）、无法进行压裂增产旳井 b. 特低渗透致密油藏，降低井底渗流阻力，常规射孔
难以求产旳井 c. 不宜实施酸化增产旳酸敏油藏 d. 油层污染严重旳多种套管井旳射孔 e. 压裂前期预处理来降低地层破裂压力等场合 f. 合用井深：<4000米
23254井水力喷砂射孔施工总结
（1）油、水层基本数据
稠 油 层 位
射孔 井段 （m）
射开 厚度 （m）
完钻 日期
人工 套管 套管 井底 直径 壁厚 （m） （mm） （mm）
常规射孔
水力射孔
20
2.4孔/米
319.
J3q 0324.0
5
23. 342.68 177.8