高压水射流技术在环氧类复合材料加工中的应用.pdf

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1、第28卷第5期机电产品开簋与钏新V01．28，No．5呈里!曼主旦星旦竺竺!!!!l竺!苎坐竺!!竺兰竺竺坐竺!苎兰!竺堕竺!里型!竺曼皇望：!至Q!曼文章编号：1002-6673(2015)05—130-03高压水射流技术在环氧类复合材料加工中的应用谷岩，冯懿娜，刘斌(西安航天复合材料研究所，陕西西安710025)摘要：针对高压水射流技术特点．结合在环氧类复合材料切割操作过程出现的纤维撕裂、材料分层等质量问题，讨论影响切割质量的关键因素，进行复合材料水射流加工机理分析，据此进行工艺性改进，避免各种加工质量问题。关

2、键词：复合材料；高压水射流；分层中图分类号：TH-39文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002-6673．2015．05．048ApplicationofHighPressureWaterJetTechnologyintheProcessofEpoxyCompositeMaterialsGUYah。FENGYi—N口，LIUBin()(i’anAerospaceCompositesResearchInstitute，Xi’mShaanxi710025，Chain)Akstraet：Aiminga

3、tthecharacteristicsofhi【gIlpressurewaterjettechnology，combined谢dlinepoxycompositecuttingopemtionprocessoffibertearing，layeredmaterialssuch船qualityproblems，discussthekeyfactorsaffectingthecuttiIlgquality，compositematerialwaterjetmachiningmechanismisanalyzed．Bas

4、edontheresult，theprocessofimprovement，avoidallkindsofmachiningqualityproblem．Keywords：compoundmaterial；llighpressurewaterjet；layered0引言水切割技术又称水刀、水射流技术．它是将普通的水经过压力系统增压后产生高能量水流。再通过一个极细的喷嘴，以每秒近千米的速度喷射出水流进行切割。相对其它切割技术而言．水切割不会产生有毒有害气体或物质，被加工件表面不会产生热反应区或机械应力残留。因此是一种

5、万能的、高产能的冷切割技术。目前。超高压水切割除了可以切割钛、铝及其合金，铬镍铁合金，黄铜、不锈钢等金属材料外，也日益广泛的应用在各类复合材料加工中。可以切割1—150mm的碳纤维复合材料。由于环氧类玻璃布层压板等复合材料制品是由纤维和基体组成的二相或多相结构。具有非均质和纤维异向性能，采用水射流切割时易产生纤维劈裂、局部分层等质量问题。针对该问题，结合实际加工中总结出的经验，对其工艺方法、操作要点进行分析及探讨，避免各类质量问题的出现。1环氧类复合材料加工存在的问题高压水射流技术以其特有的加工优势已经广泛的应修稿

6、日期：2015—06—25作者简介：谷岩(1975-)，男，陕西西安人，工程师，大学本科。主要从事机械加工工作。研究方向：非金属机械加工技术。130用于各类常规的复合材料的切割加工中，但是通过实践发现，在采用高压水射流切割环氧类复合材料时，部分材料会出现不同程度的分层现象。表1典型环氧类复合材料高压水切割加工质量统计厚度切缝宽度材料类别切割质量发生部位(衄)3．5约l未出现开裂石墨，环氧7约l未出现开裂10约1未出现开裂1．5约1轻微纤维松散切缝处芳纶纤维3约1．2出现纤维开裂树脂层及试样表，环氧层20约1．2，纤

7、维分层开裂．试样中心部位．切表层起包缝处5约l_3切割效果良好玻璃布，环氧20约1．3出现分层表层落刀部位45约1．5出现分层上表层及打孔部位碳纤维10约1．3切割效果良好，环氧20约1．3轻微分层上表层2存在问题的原因分析高速水射流破坏材料的过程其实是一个动态断裂的过程，对脆性材料(如岩石)等主要是以裂纹破坏及扩散为主；而对塑性材料符合最大拉应力瞬时断裂准则，即一旦材料中某点的法向拉应力达到或超过某一临界值时，该点即发生断裂。而影响射流切割质量的因素主要·数控机床世界·有以下几个方面：(1)基本参数。主要包括喷射

8、压力、切割速度及喷管直径。射流基本参数决定了射流对材料的破坏能力，而射流压力和喷嘴(宝石)直径又决定了其他射流基本参数。在喷嘴直径不变的条件下，改变射流压力，切割速度和切割深度随射流压力的增加而增加。与此同时，压力的增加还可以明显提高切缝断面的质量。此外，切割速度随着喷嘴直径的改变呈现双曲线变化。在同等压力条件下．对比用直径0．1mm和0．4mm喷嘴加工的材