大厚度材料磨料水射流切割工艺及关键技术.pdf

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1、加工工艺材料研究大厚度材料磨料水射流切割工艺及关键技术李连荣，王晓燕，许栋刚（郑州职业技术学院，河南郑州４５０１２１）摘要：磨料水射流切割工艺以其独特的“冷、软”加工特性，与其他切割工艺相比，对各类热敏、硬脆等难加工材料的切割更有独特优势，具有良好的发展前景。但因射流自身的“柔性”特征，尤其在切割大厚度材料时存在断面明显坡度、波纹、滞后、切缝、回击等质量不足，成为制约该技术应用市场推广的瓶颈。本文从磨料水射流切割工艺原理和工艺优势出发，在指出其工艺缺陷和切割效果工艺影响因素的基础上，提出针对性的关键技术，对拓展该技术的应用领域具有积极的现实意义。关键词：大厚度材料；磨料水射流

2、；切割工艺；缺陷分析；关键技术中图分类号：ＴＰ６文献标志码：ＡＡｂｒａｓｉｖｅＷａｔｅｒＪｅｔＣｕｔｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＢｉｇ－ｔｈｉｃｋｎｅｓｓＭａｔｅｒｉａｌｓＬＩＬｉａｎｒｏｎｇ，ＷＡＮＧＸｉａｏｙａｎ，ＸＵＤｏｎｇｇａｎｇ（ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０１２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒ－ｊｅｔｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗｉｔｈｉｔｓｕｎｉｑｕｅｃｏｌｄａｎｄｓｏｆｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄｍｏ

3、ｒｅｕｎｉｑｕｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｏｔｈｅｒｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅｒｍａｌａｎｄｈａｒｄｂｒｉｔｔｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｓｇｏｏｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｂｕｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｏｗｎｆｌｅｘｉｂｌｅｊｅｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｃｕｔｔｉｎｇｂｉｇｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｔｅｘｉｓｔｓｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｏｂｖｉｏｕｓｓｕｃｈａｓｓｌｏｐｅ，ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ，ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉ

4、ｏｎｌａｇ，ｃｕｔｂａｃｋｓｅｗｉｎｇ．Ｔｈａｔｂｅｃｏｍｅｓｔｈｅｍａｒ－ｋｅｔｉｎｇｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋｓｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｒｏｍｔｈｅａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐｒｉｎｃｉｐｌｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｏｉｎｔｓｏｕｔｉｔｓｄｅｆｅｃｔｓａｎｄｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｔｈａｓｐｏｓｉｔｉｖ

5、ｅｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｅｘｐａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｉｇ－ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔ，Ｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，Ｄｅｆｅｃｔａｎａｌｙｓｉｓ，Ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ磨料水射流（ＡＷＪ）切割技术是进入２０世纪９０方向，对大厚度材料的切割存在着如何在高效切割年代以来迅速发展起来的特种工艺，以其独特的的情况下保证切割质量的问题。本文以大厚度材料“冷、软”加工特性及环保、高效、适应性广等特点，在为特定的研究对象，对其磨料水射流切割工艺及其机械制造业占有越来越重要的

6、地位，对各类热敏、硬关键技术展开研究。［１］脆材料的切割更具无与伦比的优越性。目前，对材料厚度的分类在学术界仍没有统一我国磨料水射流加工技术起步晚，特别是在应的界定，在此，有必要对材料的厚度作以下大致的条用研究方面基础十分薄弱。国产机床自动化程度件假定：对于金属材料，板厚在３～５ｍｍ以下定义低，普遍缺少足够的工作稳定性；使用厂家欠缺科学为薄板，板厚在５～３０ｍｍ为中厚板，板厚大于３０合理的理论和工艺指导，以至于在应用上很难充分～５０ｍｍ为超厚板，而中厚和超厚板均视为大厚度发挥其优越性。例如对碳素结构钢、不锈钢等塑性材料；对于非金属材料，切割厚度在２５ｍｍ以上视材料，切割有效深

7、度平均在８ｍｍ左右，厚度为１０为大厚度材料。ｍｍ的１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢板切割时断面呈明显坡１磨料水射流切割原理及过程度；对硬质合金、大理石等脆性材料，厚度超过２０ｍｍ，切口断面有明显坡度和波纹。磨料水射流切割是一个能量相互转换的过程，基于磨料水射流自身的“柔性”特征，加工过程如图１所示。从供水系统泵站出来的水流经增压系受到来自系统压力、磨料供应、靶距、机床进给振动、统形成高压水，与精确供料系统提供的磨料在混合喷嘴磨损等诸多因素影响，因此难以避免由于切割腔内充分紊动混合形成液固两相流，经管路至执行相