第10章 超高压水射流加工

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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 为1.2m×1.5m，移动速度为380mm/s。 4. 过滤设备 在进行超高压水射流加工时，对工业用水进行必要的处理和过滤有着重 要意义：延长增压系统密封装置、宝石喷嘴等的寿命，提高切割质量， 提高运行的可靠性。因此要求过滤器很好的滤除液体中的尘埃、微粒、 矿物质沉淀物，过滤后的微粒应小于0.45。液体经过过滤以后，可以 减少对喷嘴的腐蚀。切削时摩擦阻尼很小，夹具简单。当配有多个喷 嘴时，还可以采用多路切削，提高切削速度。
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超高压水射流加工原理图
1—水箱；2—过滤器；3—水泵；4—液压机构；5—畜能器；6—控制器；
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7—阀门；8—喷嘴；9—工件；10—增压器
10.2 超高压水射流加工分类 1、纯水高压水切割：工业用水为工作介质 用于切割软质材料 2、磨料高压水切割：掺加一定比例（最高可达20%）的细 粒度磨料 用于切割硬脆材料
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10.3 超高压水射流加工的特点
(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。 (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，因而切割过程稳定。 (3) 切割加工过程中，温度较低，无热变形、烟尘、渣土等， 加工产物随液体排除，不会有爆炸或火灾的危险。故可以 用来切割加工木材、纸张等易燃材料及制品。 (4) 水资源丰富，价廉，属于绿色加工范畴
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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。
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10. 5 超高压水射流加工的工作参数及其对加工的影响
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10.4 超高压水射流加工设备
1. 增压系统 增压系统主要包括增压器、控制器、泵、阀及密封装置等。 增压器是液压系统中重要的设备，要求增压器使液体的工 作压力达到100~400MPa，以保证加工的需要。高出普通 液压传动装置液体工作压力的10倍以上，因此系统中的 管路和密封是否可靠，对保障切割过程的稳定性、安全性 具有重要意义。对于增压水管采用高强度不锈钢厚壁无缝 管或双层不锈钢管，接头处采用金属弹性密封结构。 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。
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10. 6 超高压水射流加工的应用
超高压水射流加工的流束直径为0.05~0.38mm,可 以加工很薄、很软的金属和非金属材料，也可以 加工较厚的材料，最大厚度达125mm。如今，该 技术在国内外许多工业部门得到了广泛应用。
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第10章 超高压水射流加工
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超高压水射流加工
10.1 超高压水射流加工原理 超高压水射源自文库加工是利用高速水流对工件的冲击作用来去除 材料的，如下图所示。储存在水箱1中的水或加入添加剂 的水液体，经过过滤器2处理后，由水泵3抽出送至蓄能 器5中，使高压液体流动平稳。液压机构4驱动增压器10， 使水压增高到100~400MPa。高压水经控制器6、阀门7 和喷嘴8喷射到工件9上的加工部位，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。 超高压水射流本身具有较高的刚性，流束的能量密度可达 106W/mm2，流量为7.5L/min，在与工件发生碰撞时，会 产生极高的冲击动压和涡流，具有固体的加工作用。
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(4) 喷射距离。指从喷嘴到加工工件的距离，根据不同的加 工条件，喷射距离有一个最佳值。一般范围为2.5~50mm， 常用范围为3mm。 (5) 喷射角度。喷射角度可用正前角来表示。水喷射加工时 喷嘴喷射方向与工件加工面的垂线之间的夹角称为正前角。 超高压水喷射加工时一般正前角为0°~30°。喷射距离 与切割深度有密切关系，在具体加工条件下，喷射距离有 一个最佳值，可经过试验来寻求。 (6) 喷嘴直径。用于加工的喷嘴直径一般小于1mm，常用的 直径为0.05~0.38mm。增大喷嘴直径可以提高加工速度。
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(5) 加工材料范围广，既可用来加工非金属材料， 也可以加工金属材料，而且更适宜于加工切割薄 的和软的材料。 (6) 加工成本低。材料利用率高，使用的水量也不 多（可循环利用），降低成本。节省设计制造费 用 (7) 对某些材料，夹裹在射流束中的空气将增加噪 声，噪声随压射距离的增加而增加。在液体中加 入添加剂或调整到合适的正前角，可以降低噪声， 噪声分贝值一般低于标准规定。
(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。 (3) 能量密度。即高压水从喷嘴喷射到工件单位面积上的功 率，也称功率密度，可达106W/mm2。