先进制造技术之高压水射流切割技术.doc

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1、先进制造技术之高压水射流切割技术摘要：高压水射流切割是一种非传统的冷切割方法，具有传统切割方式难以比拟的优点。木文回顾了其原理和发展历史，介绍了其在工业、航天和医学等方面的应用。对水压、流速、射流直径、直径扩散率以及磨料等切割参数对高压水射流切割的加工质量的影响进行了讨论，并对国外新的研究方法和结果进行了介绍，为优化工艺、改善加工质量提供了借鉴。关键词：高压；水射流；切割；磨料HighPressureWaterjetCuttingTechnologyanditsApplicationXUCongguo(SchoolofElectromechanical.Guizhou

2、University)Abstract:Recentdevelopmentandinvestigationofhighpressurewaterjet(WJ)cuttingtechnologywerereviewed.TheprincipleandhistoryofWJwereprovidetoillustratetheadvantagesofthetechnology」tsapplicationsinindustrial,spacef-Lighandsurgeryweredescribed.Theparameterswhichaffectcuttingquality

3、werediscussedjncludingpressure.veloeityofflow.waterdiameterandabrasiveect.Ba・Sedontheintroductionofintermationalresearchmethodandresults.somesugges-Tionsweregiventoimprovetheprecisionandsurfaceroughness.Keyword:Highpressure;Waterjet;Cutting;Abrasive0引言高压水射流是运用液体增压原理，通过特定的装置（增压口或高压泵）,将动力

4、源（电动机）的机械能转换成压力能，具有巨大压力能的水在通过小孔喷嘴后，再将压力能转换成动能，从而形成高速射流（WJ）。因而高压水射流又常被称为高速水射流。最初人们是从自然界“滴水穿石”这一现象认识到水潜在的威力，并逐渐加以应用。自20世纪50年代起，人们开始研究一种独特的冷切割工艺，利用高聚能水射流对材料的破坏作用来切割。20世纪60年代末，美国密苏里大学林学教授Franz博士发现高压水射流可以被用来切割木材，这种方法对材料的切割面几乎没有损害，并且切割速度相对较高。但由于当吋的技术水平的限制，无法将水的能量提得很高，压力只在lOOMpa以下。到20世纪70年代，研制

5、除了高压泵和增压器，其水压可达200Mpa以上，目前水压可达lOOOMpa以上。第一台高压水射流设备在2972年由AltonBoxboard生产完成，它开辟了制造业加工工具发展的新纪元。此后一家名为FlowIndustries的新公司也开始生产销售这种工业应用的高压射流设备。最近十多年里，水射流切割技术和设备发展迅速，目前已冇3000多套水射流切割设备在数十个国家几十个行业应用，尤其在航空航夭、船舶、军工、核能等高、尖、难技术领域中优势更加明显。1高压水射流技术原理水射流切割（WaterJetCutting,WJC）又称为液体喷射加工（LiquidJetMachini

6、ng,LJM），是利用高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，有时简称水切割，或俗称水刀，如图所示。采用水或带冇添加剂的水，以500-900m/s的高速冲击工件进行加工或切割。水经水泵后通过增压器增压，储液蓄能器使脉动的液流平稳。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lOW/mmo62图高压水射流技术原理2工业中所使用的高压水射流技术使用水射流技术可以实现多种操作，例如切割、脱胶、清洁、钻孔、修边、开槽以及工件表层材料的去除

7、。工业的发展以及新材料的不断涌现对加工过程提出了新的要求。例如，在航空制造业中使用了一些特种材料,如钛合金、碳纤维复合材料、增强塑料玻璃等，这些材料用英它方法难以进行切割或存在加工质量问题。对于高强度高硬度材料（钛合金），若采用激光切割，由于激光切割是在高温下进行的，在材料切口处会产生热影响区，热影响区对材料的性能冇严重的危害，所以必须通过磨削彻底消除热影响区，增加了加工工序，降低了生产率。而对于碳纤维复合材料，在是用普通方法高速切割时，容易在刀具上产生缠绕。高压水射流切割由于其独特的优点，对这些用其它方法难以切割的航空材料，是非常理想或唯一的加工手