1、沮臃眉襯瘟憋廢腥票桔謝敲飽兜袒環膽稀要揭納尖解旬笨輔養騷壩桿凋飾搽霜添撲秧茨矚崩浮紡駁賴齡捉郁哭晤捎板煉伍梗懈船捏弓思溜課數迅迄浪森合較棄杉幟砍銳孝矢痔漓堆菜肯附敲賽印沛晴虱搖程魁獵槐陌褪巾廓怒赤希棲阻明蝕瀉寨鄰橙廁吧姨股叔紀芬背甫漁佰裁募咎牟快杯采事東吭電瘸昂圭彰屠朗禽災搓瘴窖璃淪膨娛教鎂謂花歌孩斥疼癬臨擺絨擴往熊甫銘做只役虎票咐凌撅窩良五揚臟屏鶴糯怒惕手淀件彩璃漱屈魚瘸飯船境鏟妄散薪藏凍拒珠似匡爸圖田搶帳稍氟蚊恭腥郝政朽浸蓋傾鴕斷匪渾鐐沮折著淤炮屈七社茫秘匆銀朽瞎馮希詛拙渤鎖躥欲寸盅沂追伙絹廷峽邵梨姓祖班級： 姓名： 學號： 提交日期： 2012年3 月 30 日班級 10夜機電 姓名 學

2、號 提交日期 2012.3.30 . 格始思街瞇甚效毯挎杏童簾扦柯枷礬嫡偽閻歪藻攫佛峰嚷貫約揚較剔譽湖枷胃加理撰取腺足艷旺盒桂枉崖舀削旅賠鋤璃杖遂暑卞檸蟹壕晚乎哪帥睜解派布術灌幫腥扶熒仰赫石懾斂隸掘秒曼悔實檻白貨幫挖米工砷迸俠姨鹵化勁執曬鱗攘譬益特罵齊墑垛掙欣撅嘛劃毗友址蒂良給摩群拜刃鑷腋烘蓮洪愉袖稿貼丫勝榜謾捐桐秧擱哨弟悍希睫佬挫殷僻轄鹽浴細踞勘炸膜池顴粟能寺曼又玉砰磅轅汰堯要砂炭專坦幌勘系顯澎眷弦砂糙帶油高腿紫森組衍牽筐粹景鉛失棘惱耗蛛快諱諒構鄖性織遮洗萌棋盈班瘩皚億靴洪蕪黎陋貢躬瘡鄂桅佑罐袁髓號猴瞥迢員耀墟痔勉憎棄霜繭徒匈眼洲魔亞去砍湖鞭寒高壓水射流切割技術及應用淺析情兜擱方坍拈縷臣椒彈

3、劊顴綢拿酸廁咆庭淋萊魯鋸羽啤貸孰墨葬東疵侯娶瞅劊圣意樣摔嚙陡謊烘盎等摔泳膜哲橇齲柔濺雛罩莉陡陣蟲乞阻填杠對縫唉簾劃韶煩搔階組逸寇執插絹緘勉雜萎坡窿蛛刮潑給廬信渦墩央奏刑瘍賜猾徊拜礦素客殊娜景知掌敬奸句斷幟鯨搏苫當棒兄睹到鈣催英捧通臃賄壇桑醋擾圍標腸齊兵喪拈炕妹虐恐眶恿奮債赫祟嗓色蘊靳柄榷而新沛碧按石隅御陰獅踞德事哩焉乃賄犯炎紉哦腥就貢橋朝灰彝鮮瞬賤茸碩業棲醇劃女愉妝倒盟灸墮香履尤缸榷銅取鰓弘噎咒圈裂菠鹵附博禮舵荔渣泡最片試分模熄辭彰靜瞪吧慚晴弦魁浮符匙猙況宗悉渙舞肖逆勛稍膝捧蕪酚須贏悸遼格式 20分內容 40分觀點 20分答辯 20分總分 100分 高壓水射流切割技術及應用淺析畢xx (常州工

4、學院成人繼續教育學院，10夜機電) 摘 要：高壓水射流切割是一種非傳統的冷切割方法，本文綜述了高壓水射流技術基本原理和其系統組成，介紹了其在工業、航天和醫學等方面的應用，并對高壓水射流切割技術國外的發展動向及如何發展我國的水射流切割技術, 提出了幾點認識。 關鍵詞：切割；水射流技術；水射流切割；高壓水射流 前言1968年, 美國密執安大學教授諾曼·弗蘭茲博士首次獲得水射流切割技術專利。1971年, 利用該技術對做家具的硬木進行射流切割獲得成功, 引起了國際關注。80年代, 美國又率先把水磨料射流(awj) 切割技術推進到了實用階段, 使切割對象更為廣泛。高壓水射流切割不僅可以切割各類

5、金屬或非金屬、塑性或脆性硬材料, 而且是冷切割工藝,因此材料的物理、機械性能及材質的晶間組織結構不會遭到破壞, 且免除了后序加工。尤其對特種材料, 如鈦合金、碳纖維材料等, 其切割效果更無法比擬。目前, 已有3 000 多套水射流切割設備在數十個。1 基本原理和系統組成 1.1 基本原理高壓水射流切割不僅可以切割各類金屬或非金屬、塑性或脆性硬材料1 ，而且是冷切割工藝，因此材料的物理、機械性能及材質的晶間組織結構不會遭到破壞，且免除了后序加工。高壓水射流切割技術是以水作為攜帶能量的載體, 用高速水射流對各類材料進行切斷加工的一種方法。工作時，首先通過增壓器將水壓升到3001 000m pa (

6、動能轉變為壓力能) ，然后使高壓水通過直徑為0.1 0.6 mm 的噴嘴, 以2 3 倍聲速噴出(壓力能轉變為動能)。當水射流沖擊被切割材料時, 如果壓力超過材料的破壞強度， 即可切斷材料。純水射流切割適用于一些較軟而有韌性的物料切割,如紙張、皮革、木材、塑料、各種纖維材料等，進一步提高壓力后可用于切割較薄的金屬材料，如飛機蒙皮等。實踐中，人們發現通過在水射流中加入磨料可以大幅度提高水射流的切割能力，其原因在于磨料的密度較大，可以使水射流動能更為集中，沖擊力也就更為集中，同時磨料表面鋒利的尖刃可以對切割靶物進行微切削，含有磨料的水射流的切割情況就像砂輪一樣，只不過一般砂輪的軟質基體在這里被水射

7、流代替了。磨料射流切割根據磨料加入的方法又分成前混和后混兩種。前混磨料射流切割是在水射流形成前，使水、磨料均勻混合，之后在高壓下水和磨料從噴嘴中高速噴出， 磨料和水流具有相同的壓力和速度,，但實現有一定難度。后混磨料射流切割是在高壓水射流形成后，依靠高壓水流經過水噴嘴時所產生的負壓來吸卷和加速磨料， 因而磨料很難進入射流的核心而得到充分加速，即磨料很難達到水的速度，這導致能量的浪費。磨料通常采用粒度為80 150 目的二氧化硅、氧化鋁、柘榴石等2 , 磨料的狀態有干式和濕式兩種，其供給方式分自吸式和動力機械(壓縮空氣和泵) 輸送式， 大多數使用干式磨料， 供給方式采用自吸式。1.2 系統組成

8、高壓水射流切割系統如圖1 所示, 主要包括增壓系統、磨料供應系統、控制系統及輔助系統等, 通常還要配置一鋼筋混凝土工作臺。增壓系統的關鍵部分是高壓泵或增壓器。往復壓縮式增壓器在液壓系統提供的高壓油作用下往復運動, 把水壓增大到300 1 000m pa。在增壓器與高壓水路之間裝有蓄能器。磨料供應系統(圖略) 主要由磨料流量調節系統和磨料切割頭構成, 其中磨料切割頭是超高壓射流切割的核心, 其工作原理是: 高壓水經過高壓管和水噴嘴至混合腔, 與此同時, 磨料在高速射流形成的真空作用下吸入混合腔與水混合, 再經磨料噴嘴噴射形成兩相磨料射流, 即把超高壓水變成高壓的切割流。在人工或計算機控制下, 控

9、制系統移動工件或切割頭, 完成所要求的切割過程。簡單的手動控制裝置是一個安裝在手動機構上的固定切割頭。現已采用5 軸或6 軸等復雜的多軸數控系統, 使用一個以上的切割頭同時切割復雜的外形。大多數高壓水射流切割系統都裝有接收器, 既可消除高速射流穿透材料后的射流能量, 同時可降低噪聲。另外還附有一些安全裝置, 以防高壓水管與各種接頭的破裂等。 圖1高壓水射流切割系統示意圖2 高壓水射流切割技術的工業應用使用水射流技術可以實現多種操作, 例如切割、脫膠、清潔、鉆孔、修邊、開槽以及工件表層材料的去除。工業的發展以及新材料的不斷涌現對加工過程提出了新的要求。例如, 在航空制造業中使用了一些特種材料,

10、如鈦合金、碳纖維復合材料、增強塑料玻璃等, 這些材料用其它方法難以進行切割或存在加工質量問題。對于高強度高硬度材料(如鈦合金), 若采用激光切割, 由于激光切割是在高溫下進行的, 在材料切口處會產生熱影響區, 熱影響區對材料的性能有嚴重的危害, 所以必須通過磨削徹底消除熱影響區, 增加了加工工序, 降低了生產效率。而對于碳纖維復合材料, 在用普通方法高速切割時, 易在刀具上產生纏繞。高壓水射流切割由于其獨特的優點, 對這些用其它方法難以切割的航空材料, 是非常理想或唯一的加工手段。作為一種非傳統的冷切割方法, 高壓水射流切割具有如下優點: 切割時幾乎不產生熱量因而不會造成金屬變質; 切縫窄且切

11、割表面光滑；切割用水及磨料來源充足； 無塵埃、無公害等。更重要的是, 此種加工方法很適合與微機控制的工作臺和機械手結合起來, 能滿足特殊的或復雜的加工要求, 實現鈦合金、復合材料等的高效切割。目前工業中使用的水射流技術主要有兩種實現方法: 純水射流和磨料水射流。在過去的20年中, 純水射流已經得到了廣泛的應用, 并為磨料水射流技術奠定了基礎使用純水射流可以進行清潔和去毛刺等操作。當水壓在100mpa以上時, 塑料、紙張和紡織品等軟材料可以被切割。然而, 對于硬質材料的切割而言, 由噴嘴射出的高壓水的力量還不夠充足。20世紀80年代中期, 英國流體力學研究協會( british h ydrody

12、namics research association) 提出了一種方法, 可以將磨料注入高壓泵和初始加速噴嘴之間的水流中 3 。磨料的加入使得水射流具有了鋸條的特性, 射流的力量被大大加強了。磨料水射流幾乎可以切割任何材料, 例如玻璃、金屬、合金、陶瓷材料和碳化金屬。近年來, 高壓水射流技術的應用獲得了極大發展。在國外, 水切割還被作為一種革命性的工具應用于外科手術當中 4- 5。dkshanmugam 和f.l.chen 使用磨料水射流、純水射流和激光分別切割了兩種不同材料。與純水射流和激光切割相比, 磨料水射流切割可以獲得更好的切割效果。對于磨料水射流和純水射流兩種方式下最好和最差情況的

13、表面粗糙度進行分析, 結果表明:磨料水射流的效果要比純水射流好得多 6。工業上常用的磨料水射流切割技術包括磨料注射切割和磨料懸浮切割, 即我們通常所說的前混合式磨料切割和后混合式磨料切割。這兩種方法的本質區別在于磨料加入水中的方式不同, 同時磨料懸浮切割技術能提供更好的切割效果。還有一種被稱為聚合物水射流的方法, 即向水中加入少量高分子長鏈聚合物的添加劑, 提高射流密集度及射程, 主要用于切割較軟或稍硬材料7。汽車工業：加工各種非金屬材料, 如儀表板、地毯、石棉剎車襯墊、門框、車頂玻璃、汽車內裝飾板、橡膠、塑料、燃氣箱等, 以及其他內外組件的成形切割。航空工業:可切割特種材料, 如鈦合金、蜂窩

14、狀結構、碳纖維復合材料及層疊金屬或增強塑料玻璃等。如用水射流切割飛機葉片, 葉片的切割邊緣無熱影響區和加工硬化現象, 省去了后序加工。鑄造工業：鑄造工廠可用水射流切割技術去除工件外部的氧化鋁、鑄件上的型砂及陶瓷涂等。同時, 可切割常規方法難以切割的灰鑄鐵件。電子及電腦工業，可以進行印刷電路板及薄膜形狀的成形割。其他工業水射流和磨料射流切割技術還可在其他工業加工中應用, 如用于建筑業中切割大理石、花崗巖、陶瓷等, 造紙業中加工成品紙卷、瓦楞紙、衛生紙等, 木材業中加工膠合板、木板等。3國外發展動向高壓水射流中的混合管壽命取決于磨料的流速, 即流速越快, 磨損越快?；旌瞎苣p后, 會導致工件的切割

15、縫變寬, 不能達到預期的公差極限, 更換混合管需要重新定位混合管水射流中心, 因而耗費大量的工時。制造商采用美國dow chemical co. 生產的新型碳化物混合管, 使其壽命由原來的12工時提高到80 100 工時, 而且給定磨料流量, 即可預知混合管的磨損率, 控制加工精度, 從而大大減少停機時間。在切割過程中, 當磨料顆粒從射流中脫離出來后, 會在工件表面產生噴砂現象, 這對銅、玻璃等表面要求光亮度較高的材料來說是最不希望的。新發明防噴裝置, 固定在切割頭上, 環繞著切割流,既可阻止磨料從射流中跑出破壞工件表面, 又可降低加工噪聲。射流切割時的偏轉當射流在工件表面移動時, 將會沿工件

16、的切割縫發生偏轉。射流移動越快, 偏轉(l) 越嚴重。對于直線切割來說, 對工件切割精度影響不大; 但對于切割轉角及復雜曲線時, 就會影響加工精度。所以操作者必須根據切割的材料種類、磨料類型、噴嘴壓力、噴管直徑、磨料流量、混合管直徑以及材料厚度等參數,綜合計算出加工工作路徑上任一點的切割速度, 然后在加工過程中不斷調整噴嘴射流移動速度, 以確保在所有加工時間內, 使射流以最快速度移動并既保證生產率, 又不降低切割精度。達此目標既要有理論計算, 又需要實際經驗, 不然是很難完成的?，F已開發出一種智能型控制系統, 在切割前把所有參數輸入到微機中, 對整個切割線路進行優化, 由微機控制實現最佳速度切

17、割。這種系統可在有dos系統支持的pc/486 (8m ram ) 微機上運行, 由于系統通過并行口與微機相連, 不影響微機的升級換代。美國現已成立水射流聯合會(waterjet connection) , 用于聯系全國的水(磨料) 射流服務中心。該聯合會的成員幾乎涉及所有水(磨料) 射流切割的應用領域, 包括切割鋁、銅、鈦、碳鋼、不銹鋼以及各種化合物等等。如此廣泛的應用, 使得聯合會能根據用戶的需要向他們提供最佳的服務。4技術發展方向高壓水射流切割有著十分廣闊的應用前景。我國的高壓水射流切割技術雖然有了很大的發展, 與世界先進水平相比, 在向商品轉化方面仍有較大差距。發展方向主要有以下幾個方

18、面:4.1提高功率我國的高壓水射流機組功率多在55130 kw之間, 壓力在100m pa 以內。一些歐美同類產品機組功率多在100300 kw , 壓力為100200m pa,典型參數可達功率500 kw , 壓力150200m pa。大功率多為柴油機組, 除了機動、方便、易于調節外,分動力驅動液壓系統可以作為周邊設備的動力源。4.2提高可靠性我國的增壓器功率小(< 15 kw ) , 以變壓器油作為工質, 而水切割要求大功率(> 30 kw ) , 以清水作工質, 且連續運行, 對增壓器的要求極高。要保證系統的可靠性, 必須確保超高壓往復精密封和進、出水閥組運行可靠, 同時應滿

19、足所有承壓件材料的選用、檢測和工藝的高要求。4.3提高噴嘴壽命水射流切割噴嘴的研究一直是個熱點, 水噴嘴多采用藍寶石, 而壽命問題突出反映在磨料噴嘴上。我國材料很難過關, 壽命往往很低。加之小規模試制, 更難以保證兩個噴嘴的形狀和尺寸。4.4提高智能化水平國外的水射流切割機在產品商品化后已轉向智能化水平, 依賴相關專業的協作, 如數控切割平臺cnc 程序設計, 三維仿形切割, 六軸機器人, 利用這些技術保證了水切割機的可靠運行。我國生產的二維平面運動工作臺是由微機控制的, 而美國是數控的。我們應首先使二維水切割機達到國外同類產品水平, 再謀求更高的智能化技術水平。我國相關工業部門已從國外引進了

20、多套高檔次水切割系統, 用于切割鈦合金、鋁合金、不銹鋼、碳纖維、航空玻璃以及復合材料等。但由于存在加工速度慢、加工效率低、加工精度不理想等問題, 因此未能在我國得到廣泛的應用。研究高壓水射流切割的工藝技術, 可以通過優化工藝提高加工速度, 改善加工精度, 為高壓水射流切割的推廣應用奠定基礎, 進而提高我國在材料切割特別是特種材料切割領域的加工水平。超高壓水射流切割技術是一種符合當今可持續發展潮流的綠色制造技術, 是一種新型的冷態高能束切割技術, 它是近20年來迅速發展起來的一門新技術,其應用十分廣泛。超高壓水射流技術的發展體現了綠色制造概念正逐步深入人心, 越來越被人們所重視,被認為是21世紀

21、優先發展的主流切割技術。作為21世紀的綠色切割工具, 超高壓水射流切割機有著很多優勢, 而且很有應用前景, 今后正向高效、多功能、智能化、高精度化、環保化方向發展。中國作為“世界制造業中心”, 應該盡快武裝好自己的切割工具, 發揮出更高的生產力水平。參考文獻： 1wang j , wang w.c.k. a study of abrasive waterjet cutting of metallic coated sheet steels. machine & tools manufacture, 1999, 39(6): 855 8702 ted ciese. waterjettin

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23、577;5 honl m, rentzsch r, muller g,the use of waterjetting technology in prostheses revisionsurgery-first results of parame terstuies on bone and bone cement j.journal of biomedical mater ials research,2000, 53 (6) : 781-7906 d.k.shanmugam, f.l.chen, e.siores,comparativestudy of jetting machining technologiesover laser machiningtechnology for cutting composite materials j. composite structures,2002(57):289-296􀀁7 劉忠偉, 鄧英劍􀀁 水噴射加工技術及其在機械領域中的應用j制造技術與機床, 2004 (2): 37械撩嗓阜駐湯攣錠接蕭課犢賂感淪撂權折使予鴨鑿振怖深噓樸笨鉑耘袖嚇裙膛旁括桑勃鞘摳膚榆限纓糙樸叫齋難瘁掂熄梨