水喷射加工技术及其在机械领域中的应用

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1、高能束流加工技术水喷射加工技术及其在机械领域中的应用WaterJetMachiningTechnologyanditsApplicationsintheMechanicalRealm刘忠伟邓英剑(湖南冶金职业技术学院机械系)摘要:水喷射加工技术是一种“绿色”加工技术。文章论述了水喷射加工技术的基本工作原理和组成,以及影响加工能力和质量的主要因素,并介绍了水喷射加工技术在机械领域中的应用,对其发展趋势进行了展望。关键词:水喷射加工原理组成磨料影响因素机械领域应用水喷射加工(WaterJetMachining)又称水射流加嘴管路、数控工作台、集水和水循环处理等系统构成。工、水力加工或水

2、刀加工,是利用超高压(数十至数百如果是磨料射流加工装置,则还有磨料与水的混合系兆帕)水射流对各种材料进行切割、穿孔和工件表层材统。其中增压恒压系统(图1虚线框内)包括增压器和料去除等加工。蓄能器两部分,增压器获得高压是利用大活塞与水活塞面积之差来实现的。增压器的工作原理图见图2。1工作原理及其基本组成P出水=P油A大/A小(P—压力;A—活塞面积),增压比水喷射加工的基本原理是利用液体增压原理,通即大活塞与小活塞面积之比,通常为(10～25)∶1,因过特定的装置(增压器或高压泵),将动力源(电动机)此增压器输出高压水压力可达100～750MPa。集水的机械能转换成压力能,具有巨大压

3、力能的水再通过器的作用主要是回收喷射水和磨料,通过水循环处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所示,贮存在水箱中的水经过滤器2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。水喷射加工系统主要由增压、供水、增压恒压、喷合,镜片参数经多年研究优化设计,得到较大模体积,产品

4、的三分之一。各段高斯光束相互匹配,可获得高光束质量。(3)准封该激光器大量生产后,将有助于激光加工技术的离型设计:工作气体不流动,不受污染,而类似于国外普及,使激光加工成为一种费用低廉的大众化的工艺。新近发明的板条式激光器,整个系统无运动环节。工为用先进制造技术改造传统产业提供关键装备,可实作非常可靠,使用寿命长,启动快,操作维护简便,大量现产业化升级,提高产品质量和劳动生产率。节约使用成本。(4)桁架整体固有频率只有5Hz左第一作者:李力钧,湖南大学激光研究所,邮编:右,解决了长玻璃放电管运输问题。(5)光、机、电系统410082,电话:(0731)8821772,1330849

5、9766,E-mail:整体优化设计,解决了一系列设计和制造工艺中的关hdgychen@163.com键细节问题。全面达到“三高一低一长”,并且产品成(编辑徐洁兰)本与国外同类产品比较,成倍下降,售价仅为国外同类(收稿日期:2003-12-12)制造技术与机床·37·2004年第2期高能束流加工技术理系统处理后,供水箱重复利用。一般在集水器内放现象称为空泡)型水射流,利用空泡对材料的侵蚀作用入金属球,从工件背面喷出的水射流,经金属球的旋转以提高纯水型加工能力。但目前尚未达到实用阶段。对其产生缓冲作用,从而使水射流的能量快速消减。4影响水喷射加工能力和质量的主要因素水喷射加工技术主要

6、用于切割,下面对影响水喷射切割能力和质量的主要因素进行讨论。(1)喷射流的压力图3示出了在切割速度一定的条件下,高压水压力对纯水型切割深度的影响。由图可知,提高喷射流的压力可以加大切割深度。不过,提高喷射流的压力必然要加大功率消耗,同时对密封2水喷射加工技术的主要特点装置提出了更高的要求。(1)适用范围广。既可用来加工金属材料,也可以加工非金属材料。(2)加工质量高。切缝窄(约为0.075～0.38mm),提高材料利用率;切口质量好,几乎无飞边、毛刺,切割面垂直、平整,光洁。(3)加工时对材料无热影响,工件不会产生热变形和热影响区,对加工热敏感材料如钛合金尤为有利;切削无火花,同时

7、由于水的冷却作用,工件温度较低,非常适合对易燃易爆物件如木材、纸张等的加工。(4)加工清洁,不产生有害人体健康的有毒气体和粉尘等,对环境无污染,提高了操作人员的安全性。(5)加工“刀具”为高速高压水流,加工过程中不会变钝,减少了刀具准备、刃磨等时间,效率高。(2)切割速度(割枪的移动速度)切割速度不仅3水喷射加工的类型及其适用范围影响加工能力,也影响切割质量。图4为磨料型水射(1)纯水射流只用水作介质。它是利用洁净水流切割低碳钢、不锈钢和铝合金时,在同一水压力下切增压