03-喷射加工-2017

水射流去毛刺
水射流去毛刺
3.10 高压冰粒喷射加工
利用含冰粒的高速射流进行清洗、去毛刺和剥离 冰粒易于回收并重复使用，节能环保。
3.11 磨料水射流抛光
磨粒：1200 # Al2O3 表面粗糙度：Ra=0.05～0.07m
3.12 磨料水射流喷丸处理（Shot Ｐeening）
石英Φ800mm，板厚70mm
工程领域钢材切割
建筑工程领域中石材、混凝土的切割
在采石场中的应用
石材的精密数控切割
石材的精密数控切割
石油开采中的应用
深海勘探
水射流在线修整砂轮
3.6 水射流清洗（Water Jet Cleaning）
高速水流对垢层的冲击作用及楔劈效应 喷射水流撞击→垢层被粉碎（被渗透）→流体呈楔 子插入垢层和金属表面间→使垢层脱落 喷射水流撞击→层状或多孔状的垢层→在表面以下 的形成一个内压而使上部垢层裂开
应用面广：对设备材质、特性、形状及垢物种类均无特殊 要求
机械零部件的清洗
机械零部件的清洗
小型零件多功位全自动清洗
零部件清洗样件
曲轴（碳钢），清洗压力15MPa
液压阀体，清洗压力30MPa
高压水射流清洗——旧墙清洗
高压水射流清洗——大型罐体清洗
高压水射流清洗——管道内壁清洗
大口径管内壁清洗
1968年，在美国产生第一项切割技术专利
高压水射流设备的组成
400Mpa
0.4Mpa
切割设备的组成
供水系统：软化水质(PH值6～8，精滤精度0.5μm以下)蓝宝石水喷嘴
的工作寿命：用自来水时寿命仅为34h，用软化水寿命为78h 增压系统：使水压达到100～400MPa，并用蓄压器使水压稳定在上5 ％之内 高压水路系统：用于连接增压系统和高压喷枪 高压喷枪：包括高压水阀和宝石喷嘴、水/磨料混合室和混合管。陶瓷 混合管寿命20～100h
水射流清洗的优点
清洗成本低：介质为自来水，不需加任何填充物及洗涤剂 清洗质量好：超音速高压水射流能够去除垢物，但不破坏 金属表面 清洗速度快：它比化学方法、喷砂抛丸方法等传统方法快 几倍到几十倍
无环境污染：清洗中不产生粉尘、化学废液。水射流雾化 后，降低作业区的粉尘浓度
金属腐蚀：属纯物理方法，对金属无任何腐蚀作用
设备简单，加工成本低 加工面积小，无热应力 喷嘴磨损严重，影响加工精度，成本上升 产生磨粒嵌入现象，影响表面质量
噪音大、粉尘污染严重
磨料喷射加工——清洁表面
磨料喷射加工——表面油漆剥离
磨料喷射加工——表面毛化
磨料喷射加工——去毛刺
磨料喷射加工——刻字画
3.2 湿式磨料喷射加工
人工造雨
白色烟雾景观
舞台云雾效果
食品冷藏保鲜
干冰喷射清洗原理
干冰颗粒喷射到工件表面→污垢表面产生裂纹→干冰颗粒进入裂 缝中→干冰气化爆炸→污垢脱落
干冰清洗的特点
不划伤工件表面（模具表面清洗等）
不使用化学溶剂等，不产生新的废弃物，安全环保
实现无水清洗（电器、电路等清洗）
无需清洗后烘干处理，高效节能
水射流切割的特点
水射流压力大，适合切割大多数工程材料 切口温度低(≤100℃)，材料无结构变形和热变形 切口窄(纯水切割 0.1～1.1mm，磨料水射流0.8～1mm) ， 切口材料损失小
切割速度快，切割厚度范围宽，最大切割厚度大于100mm
在切割过程中不产生弧光、灰尘及有毒气体 设备价格昂贵，水射流喷嘴磨损严重，需经常更换
干冰喷射清洗
干冰喷射清洗
3.15 地下盾构工程中的应用
通常掘進の時
AWJ を障害物に噴射し、反射音によって障害物を判定 AWJ を障害物に噴射させ障害物の切断する
トンネル掘進機
AWJ (100MPa)
地中障害物がある時
地盤改良材をAWJ( 245MPa)より噴射して地盤改良 地盤改良材が完了
石榴石砂（天然金钢砂） 摩氏硬度：7.5~7.9 粒度：60目--90目
磨料水射流用喷枪
金属材料的切割
Steel t= 50mm
复杂形状零件的切割
钛 恐龙
电子器件拆解
复合材料的切割
电木
ＣＦＲＰ（碳纤维复合材料）
复合材料（樹脂+石）
Epoxy Glass
玻璃的切割
玻璃 t=40mm
大型罐体内壁的清洗
道路标线清洗——传统方法清洗
清洗效果
传统方法清洗
道路标线清洗——水射流清洗
传统方法清洗
水射流清洗
大面积玻璃板的水射流清洗
PDF玻璃板
太阳能电池板
大面积玻璃板的水射流清洗
3.7 水中清洗（水射流）新方法
水射流的喷射力+空化作用
水中（水射流）清洗新方法
水中（ 水射流）清洗新方法
水中洗浄
气中洗浄
水中清洗（ 水射流）新方法
水中（水射流）清洗新方法
缸盖（铝），清洗压力5MPa
不锈钢铸件，清洗压力30MPa
3.8 高圧水射流剥离
磨料水射流剥离原理
高圧水射流剥离
传统方法
产生粉尘
路面的损伤大
人力需求大
水射流剥离
剥离吸尘一体化，无粉尘
路面的损伤小
人力需求小
高圧水射流剥离
3.9 水射流去毛刺（Water jet Deburring）
1870年、美国的B.C.Tilghman发明
喷嘴直径≤0.1～1.2mm，寿命8～35h
加工类型及适用磨料
磨料种类对加工表面的影响
喷射距离对加工的影响
磨料喷射加工设备组成
磨料喷射加工设备
小件加工用手动设备
大件加工用机动设备
磨料喷射加工的特点
适于加工硬脆材料（水晶、寶石、玻璃、陶瓷等）
水射流
切口质量对比
等离子切割
激光切割（氮气保护）
水射流切割
材料：SUS304
切口表面质量
切口表面质量
切口质量
食材的切割
食材的切割
纸制品的切割
树脂、橡胶等材料的切割
其他材料的切割
石棉
红砖
3.5 磨料水射流加工（Abrasive Jet Machining、 AJM）
磨料及其输送装置
3.喷射加工
(Jet Machining)
3.1 磨料喷射加工（Abrasive Jet Machining, AJM）
利用磨料（粒径10～50μm左右）和压缩气体（2～13MPa）混合后经过喷嘴形成的 高速束流（150～300m/s），对工件进行切割、去毛刺、清洗等 磨料：刚玉、碳化硅磨料、玻璃小珠和碳酸氢钠
球形硅粉（φ２５μmm）：提高拉伸强度２０%（碳素钢）
玻璃球（φ５０μmm）：提高弯曲强度７５%（渗碳齿轮）
3.13 磨料水射流微细加工
SUS304 t=5mm 穴開け3500ヶ
3.14 干冰喷射清洗（Dry ice blasting）
干冰（Dry ice）——固态二氧化碳
固态：-78.5℃(大气压)，密度：1565kg/m3 液态：-57℃
接收装置： 收集切割剩余射流，具有消能、降噪、防溅和安全等功能。
将射流噪声由420dB(A)降至80～90dB(A) 运动控制系统：可实行五轴联动，重复精度达±0.05mm
增压原理
Aw
Ah
400Mpa
Ah pw ph Aw
ph
0.4Mpa
ph
Ah pw ph Aw
增压系统工作原理
地中障害物
地盤改良材が完了
AWJ (100MPa)
AJMによって障害物を除去
3.16 水射流推进技术
前進
船底に突起物がないので、浅瀬航行が可能
後退 高速域での推進効率・性能が優れている
エンジンの逆転機構が不要
小回り・その場旋回ができます
增压系统
增压器 增压比： ≥10:1
直接驱动高压泵
直接采用电机+滚珠丝杠机构，进行增压 不用液压油，易清洁、易维护
传动效率更高，噪音低
高压水路系统
采用超高压钢管和旋转接头
水射流切割机
高压喷枪
来自百度文库
高圧水
金刚石喷嘴
喷嘴
蓝宝石喷嘴
接收系统
接收系统
水射流切割设备
水射流技术的历史
1950年，Norman Franz博士（林业工程师，被称为水射流之 父）把重物放到水柱上，迫使水通过一个很小的喷嘴，获得 了短暂的高压射流，并切割木头等材料。 1979年，Mohamed Hashish博士发明了在普通水射流中添加 磨料的方法 1980年，磨料水射流第一次用于切割金属、玻璃和混凝土 1983年，世界上第一套商业化的水射流切割系统问世，被用 于切割汽车玻璃
应用实例
3.4 水射流加工（Water Jet Machining, WJM）
受“雨蚀”现象的启发
将水增至超高压(100～400MPa)，经节流小孔(φ0.15～0.4mm)使水压能 转变为射流动能(流速高达800～1000m/s)
作用机理：冲击作用、气蚀、磨削和缝隙水压的楔劈作用 种类：高压水射流(WJ)、磨料水射流(AWJ)

工作介质：磨料 + 压缩气体 最小磨料粒径： 10～50μm

工作介质：磨料 + 液体 + 压缩气体 最小磨料粒径： ＜10μm
传统的磨料喷射加工
新型磨料喷射加工
湿式磨料喷射加工机理
磨料的冲击作用
磨料的划擦作用
液体冲刷作用
液体空化作用
无粉尘污染、磨粒嵌入少、喷射扫描面积大
优势1：磨粒嵌入问题
传 统 方 法
新 方 法
优势2：大面积加工和喷射力均匀性
传 统 方 法
新 方 法
优势3：微沟槽部位清洗
磨粒粒度对表面质量的影响
实际应用例
喷丸处理 清洗 去毛刺
3.3 弹性磨粒喷射加工新方法
采用直径为数百μm的橡胶状弹性体工作介质 内含微米级SiC、金刚石等磨粒
传统的磨料喷射加工 弹性磨粒喷射加工