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。水射流加工具有生产效率高、加工质量好，加工清洁环保等优越性，在将来的社会发展中，水射流加工也必将越显重要。本文就水射流加工的基本原理、分类、应用等作一个粗略的介绍，让更多的人认识、了解水射流加工。

2.水射流加工

2.1 水射流加工技术起源

“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，然而，作为一项独立而完整的加工技术，高压水射流(WJ)、磨料水射流(AWJ)的产生却是最近三十年的事，

利用高压水为人们的生产服务始于十九世纪七十年代左右，用来开采金矿，剥落树皮，直到二战期间，飞机运行中“雨蚀”使雷达舱破坏这一现象启发了人们思维。直到本世纪五十年代，高压水射流切割的可能性才源于苏联，但第一项切割技术专利却在美国产生，即1968年由美国密苏里大学林学教授诺曼·弗兰兹博士获得。在最近十多年里，水射流(WJ、AWJ)切割技术和设备有了长足进步，其应用遍及工业生产和人们生活各个方面。许多大学、公司和工厂竞相研究开发，新思维、新理论、新技术不断涌现，形成了一种你追我赶的势头。

2.2水射流加工的发展

水射流技术始于19世纪中叶，最初用于冲蚀土壤和开采金矿。早在1830年俄罗斯人就采用了大直径水射流冲开未固结的砂砾石金矿、冲洗淘金，1852-1884年这种技术在美国加利福尼亚金矿得到了应用和发展。当时压力很低，仅几至十几个大气压。20世纪初，水射流技术开始用于开采其他金矿和用于水力采煤。20世纪70年代, 各国开始大力研究高压水射流技术，使该技术进入了迅速发展的新阶段。这期间，研究的重点是水射流破岩机理、脉冲射流特性及水射流在切割、破岩、清洗上的应用，开始出现了水力辅助机械破岩、空化射流、磨料射流、间断射流等新型射流技术。进入80年代以来，随着激光测速、高速摄影、流体显形、数值模拟等先进测试和研究手段的进步，高压水射流技术研究和应用得到更立为垂发展。磨料射流、空化射流、脉冲射流水力辅助机械破岩技术和基础理论、切割机理、影响因素研究和分析进一步深入，并出现了气水射流、液态金属射流、液态气体(空气、氮气、二氧化碳)射流、冰粒射流、超高压射流等特种射流，其应用范围也由当初的采矿、破岩、钻孔、清洗、除垢发展到金属和超硬材料切割、表面处理、研磨等，应用领域涉及煤炭、石油、冶金、化工、船舶、航空、建筑、电力、纺织、交通、市政医学等几十个工业部门及核废料、海洋等危险恶劣工作环境，自动化程度和切割精度有了显著提高

目前,该技术已渗透到众多的应用领域:从一般机械零件、建筑物的清洗到以管道、管束、容器为主的工业清洗;从机场跑道除胶到船舶除锈;从金属、非金属板材切割到曲面仿形切割;从水力采煤到开采岩石;从喷射注浆到破碎路面;从无刀手术到水幕电影、降尘、喷泉等。

2.3水射流加工的原理

水射流切割又称为液体喷射加工，是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，有时简称为水切割，或俗称为水刀。通过转能装置（泵或增压器），将发动机

〔电机或内燃机）的机械能转变成水的压力能；再通过喷嘴小孔，喷出高速射流，以500~900M/S的高速冲击工件进行加工或切割。水从孔径为0。1~0。5MM的人造蓝宝石喷嘴喷出，直接压射在工件加工部位上。加工深度取决于液压喷射的速度、压力以及压射距离。被水流冲刷下来的“切屑”随着液流排出，入口处束流的功率密度可达106W/MM2。

2.4水射流加工的特点

（1）可切割范围广可以切割绝大部分材料，如：金属，大理石，玻璃等等。

（2）切割质量好平滑的切口，不会产生粗糙的，有毛刺的边缘。

（3）无热加工水射流切割属于冷切割，产热少且被流水带走，所以不会造成工件切口附近的材料氧化、金相组织发生变化，也不会使工件发生变形，同时也避免了某些材料有害物质的挥发。这种效果对被热影响的材料是非常理想的。如：钛。

（4）环保性这种机器采用水和沙切割，这种沙在加工过程中不会产生毒气与粉尘危害，可直接排出，较环保。

（5）无需更换刀具你不需要更换切割机装置，一个喷嘴就可以加工不同类型的材料和形状，节约成本和时间。

（6）减少毛刺采用磨料砂的水加工切割，切口只有较少的毛刺。

（7）编程迅速程序主要是由CAD制图软件生成，你可以在layout中随意设计线图，或输入从其他软件中生成的DXF文件，另外，机器支持第三方软件，如nesting嵌套排版软件（用于把图形在工件中添满，能最大限度地减少工件损耗）。

（8）快速的编程可以把其他软件生成的程序调入机器，它能够从CAD建立起刀具路径，并能把刀头的精确定位和切割速度在超过2,000点/英寸（800点/cm）计算出来，你需要做的只是指定你要切割的材料和厚度，其他的工作交给机器去完成。

（9）与其他设备组合，可以进行分别操作水切割机可和其他的加工设备组配（如钻削头），充分利用其性能，优化材料利用程度。

（10）减少调整次数对工件只需要很小的侧压就能固定好，减少复杂的装夹带来的麻烦。

3.水射流加工设备与工具

水射流切割需要液压系统和机床，但机床不是通用性的，每种机床的设计应符合具体的加工要求。液压系统产生的压力应能达到400MPA。液压系统还包括控制器、过滤器以及耐用性好的液压密封装置。加工区需要一个排水系统和储液槽。

水射流切割时，作为工具的射流束是不会变钝的，喷嘴寿命也是相当长的。液体要