高压水射流加工技术

论文

题目高压水射流加工技术学院

专业数控技术

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学生姓名

2012年 10月 28 日

目录

摘要 (3)

引言 (3)

正文 (4)

一.高压水射流加工技术概述 (4)

二.高压水射流加工原理 (4)

三.高压水射流加工特点 (4)

四.高压水射流清洗技术 (4)

五.高压水射流切割 (5)

六.高压水射流常见的伤害形式 (7)

七.高压水射流加工技术的现状 (8)

参考文献 (9)

高压水射流加工技术

摘要：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，直到上世纪五十年代高压水射流切割的可能性才源于苏联。在最近10年里，水射流切割技术和设备才有了长足进步，其应用遍及工业生产和人们生活各方面，许多大学、公司、工厂对此展开研究，形成了一股你追我赶的势头。

关键词高压水射流切割、冲洗

引言

机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。而高压水射流加工技术作为一种新型的加工手段,它既不同于传统机械加工的车、铣、刨、磨、镗需要有专用的加工刀具,也不同于铸、锻、焊、轧等成型工艺需要模具、胎具或者轧辊。它以水珠或者磨料通过加压后获得巨大的能量后,从喷嘴中高速喷射出来的高能量水流束作为“刀具”对产品进行加工。由于刀具材料的天然特性决定了它是一种冷加工方式,同近年来随着高科技的迅速发展起来的激光束、电子束、等离子体等相比,激光束、电子束和等离子体切割加工技术,均属于热加工范畴,唯有高压水射流切割加工技术独树一帜,是唯一的一种冷式加工。在对材料进行切割加工中,高压水射流具有对切割材料无选择性以及热变质,作用力小,加工柔性高,不破坏材料内部组织结构,所以对它的研究倍受各国学者的青睐。

正文

一．高压水射流加工技术概述

高压水射流加工技术是近20年迅速发展起来的新技术，目前主要用在汽车制造、石化加工、航空航天、建筑、造船、造纸、皮革及食品工业领域。目前水射流加工技术应用最多的是高压水射流切割和高压水射流清洗。

二．高压水射流加工原理和特点

水射流的加工特点有：①几乎适用于加工所有的材料，除金属材料外，还能对特别硬脆或特别柔软的非金属材料进行切割、穿孔和表层板料去除；②加工质量高，无撕裂或应变硬化现象，切口平整、无毛刺和飞边；③切削时无火花，对工件不会产生任何热效应，也不会引起表面组织的变化，适合对易爆易燃物件的加工；④加工清洁，不产生烟尘或有毒气体，减少空气污染，提高操作者的安全性；⑤减少了刀具准备。

三．高压水射流清洗技术

高压水射流清洗技术是近年来在国际上兴起的一门高科技清洗技术。高压水射流清洗具有清洗成本低、速度快、清净率高、不损坏被清洗物、应用范围广、不污染环境等特点。自80年代中期传入我国以来，逐渐得到了工业界的普遍认同与重视。在传统的清洗作业中采用的清洗技术有机械钻孔清洗、蒸汽清洗、化学清洗、超声波清洗、以及水射流清洗等几十种形式。日本、欧美等西方发达国家在70年代以前主要采用化学方法清洗,自70年代末开始发展高压水射流清洗技术。到目前为止，高压水射流清洗已经成为西方发达国家的主流清洗技术，占到了清洗业市场份额的80%以上，在美国，高压水射流清洗已占到了清洗业的90%。我国的清洗行业多年来一直处于化学和手工清洗的落后状态，据估计，我国工业清洗目前80%是用化学方法。无论是化学清洗还是人工清洗都存在着清洗成本高、效率低、污染环境等问题，远远不能满足现代社会日益增长的工业及民用清洗要求。高压水射流清洗技术自80年代中期传入我国后，在90年代中期得到迅速普及。目前，高压水射流清洗在我国工业清洗中已超过10%，并且

正在迅速增长。随着现代社会对清洗行业提出的效率、洁净率及环保要求的不断提高，高压水射流清洗技术在我国的普及应用是必然趋势。

四.高压水射流切割

（一）高压水射流切割原理

先将磨料与水及添加剂按一定的比例与工艺方法配制成为浆料，将其通过高压发生装置加速后，形成磨料浆体射流冲击工件，达到去除材料的目的。它主要是利用添加剂本身具有的物理化学特性，可使磨料在水中均匀地悬浮，并能降低浆料的摩阻系数，减少能量损失，并使射流的集束性增强。

磨料水射流加工原理图

（二）加工装置与工艺参数

1.加工装置

水射流加工装置由下列5部分组成。

（1）超高压水射流发生器，包括盛液箱、使脉动的液压趋于平稳的储液罐、液压泵、增压器、液压站和调节压力的控制器。

(2)磨料混合和液流处理，包括磨料仓、磨料与高压水的混合器、涡旋分离式磨料过滤器以及喷射加工后回流液中杂质和油脂的清滤装置。根据磨料与超高压水混合时的部位不同，分为前混式和后退式两种类型。前混式磨料与高压水在磨料前已混合好；后混式则利用高速水流的负压效应在喷嘴旁路吸入磨料进行混（3）喷嘴，喷嘴的材料及工作条件如表所示，采用金刚石喷嘴的寿命一般约200h。

项目材料及工作条件

材料种类人造金刚石、蓝宝石、淬火钢

喷口孔径/mm 0.075～0.4

喷口至工件的距离/mm 2.5～50，常用距离为3

喷射角度（喷嘴倾角）0°～30°

(4)数控的三维切割机床，具有三轴联动功能，一般定位精度≤0.2mm，重复定位精度≤±0.05mm。

(5)外围设备，包括成形切割加工的CAD/CAM系统和全封闭防护罩等。

2.工艺参数

常用的工艺参数见表。切割效率（通常切割速度表示）与压力成正比，与板的厚度成反比。

表一水喷射加工的工艺参数

参数名称常用值

压力/MPa 70～400

速度/（m/s) 300～900

流量/（L/min） 2.5～7.5

喷射力/N 45～135

磨料耗量/（kg/min) 0.2

功率/KW 10～40

(三）高压水射流切割设备维护

设备的维护保养对顺利进行日常的切割作业、提高设备运转率及加工质量都有很大的作用，同时也是保证操作人员安全所必需的。

切割设备的检修项目

高压水射流切割设备的检修通常分为日常检修、季度检修及年度检修三种类型。

1. 日常检修指在切割操作开始之前对设备进行必要的检修，主要项目有：

①高压水泵动作的声音是否正常；

②高压水泵、蓄压器及高压水管路有无漏水（包括高压管有否劣化和破损）；

③油量和油温（在增压器工作时测量）；

④有无漏油现象；

⑤喷嘴部位有无漏水（包括喷射孔有无漏水现象）；

⑥高压水射流形态和声音。

2.季度检修每三个月应对切割设备作一次检修，主要项目有：

①清洗和更换各种过滤器；

②检查工作油的污染度和特性值是否良好，如不正常，则更换新油；

③检查软管有否发生松弛或鼓起；

④检查高压水喷嘴有无附着物或损伤，并作检修或更换。

3. 年度检修的范围较大，项目也较多，主要项目有：

①油箱内表面的锈蚀状况；

②工作油的劣化程度；

③更换通气元件；

④油冷却器的污染状况；

⑤单向阀阀心与阀座的接触面的状态；

⑥高压水发生器的活塞漏油状况；