特种加工论文

1、目录1.前言22.水射流简介22.1水射流基本原理介绍22.2加工特点及与其他加工方式比较33.水射流的发展43.1发展现状43.2发展趋势53.2.1主机设计日趋完善53.2.2切割工艺参数不断优化63.2.3控制系统追求智能化、数控化控制63.2.4进一步扩大超高压水射流切割加工的应用范围63.2.5今后需在制作材料、加工工艺, 装配工艺等方面加大研究64.高压水射流加工的应用74.1高压水射流清洗74.2高压水射流切割74.3高压水射流粉碎74.4高压水射流除锈75.结论8参考文献:8水射流加工技术的发展及应用杨义西南大学工程技术学院2012级机械设计制造及其自动化5班摘 要：

2、本文通过对水射流特种的基本原理介绍和相对于其他加工方法的比较折射出水射流加工的神奇，更深一步介绍水射流加工对我们人类发展的重要意义。了解水射流加工在我们生活中的运用，水射流的优缺点以及现在的发展状况和应用领域，让我们更深层次的了解水射流一种普通而又神奇的特种加工。关键词：水射流 发展状况 应用领域 1.前言水射流特种加工是利用具有很高动能的高速水射流束来冲蚀材料，从而实现材料切削，属于高能束加工范畴，是一种可与激光、等离子体、电子束加工方法媲美的新型切割加工方法。水射流加工具有介质成本低、清洁、环境友好，而且对被加工材料无热损伤等优点，在许多材料的切割加工、表面处理中，水射流具有其独特的优越性

3、。另一方面，水射流切割无接触，适应性好、切割表面精度、切缝窄、材料损耗少、清洁无污染，配合数控执行机构可精确切割加工任意复杂形状工件。高速水射流尤其适用于高硬度、高脆性难加工材料、复合材料、钢筋混凝土、陶瓷、石材等的切割加工。作为特种加工的一种，水射流加工越来越多的被用到现实生活中，为了使人们更好的了解水射流加工，本文就水射流加工的一些基本常识作一些终结，让更多的人对高压水射流加工有更多的了解，从而将其更多、更好的应用于生产生活中，更好的为人类社会的发展服务，为可持续发展服务。2.水射流简介2.1水射流基本原理介绍水射流切割是利用高压、高速液流对工件的冲击作用去除材料来实现对工件的切割。高压水

4、射流切割技术是以水作为携带能量的载体。用高速水射流对各类材料进行切断加工的一种方法。工作时，首先通过增压器将水压升到3001000MPa(动能转变为压力能)，然后使高压水通过直径为0.10.6mm的喷嘴,以23倍声速喷出(压力能转变为动能)。当水射流冲击被切割材料时，如果压力超过材料的破坏强度，即可切断材料。喷嘴常用人造宝石、陶瓷、碳化钨等耐磨材料制作。该加工方法分为两类:一类是以水作为能量载体，也叫纯水射流切割。它的结构较简单，喷嘴磨损慢，但切割能力较低，适于切割软材料；另一类是以水和磨料(磨料约占90%)的混合液作为能量载体,也叫磨料射流切割，由于射流加入磨料，大大提高切割功效，即在相同切

5、割速度下，磨料射流切割的压力可以大大降低，并极大地拓宽了切割范围，但喷嘴磨损快，且结构较复杂，适于切割硬材料。磨料射流切割根据磨料加入的方法又分成前混和后混两种。前混磨料射流切割是在水射流形成前，使水、磨料均匀混合，之后在高压下水和磨料从喷嘴中高速喷出，磨料和水流具有相同的压力和速度，但实现有一定难度。后混磨料射流切割是在高压水射流形成后，依靠高压水流经过水喷嘴时所产生的负压来吸卷和加速磨料，因而磨料很难进入射流的核心而得到充分加速， 即磨料很难达到水的速度，这导致能量的浪费。磨料通常采用粒度为80150目的二氧化硅、氧化铝、柘榴石等，磨料的状态有干式和湿式两种，其供给方式分自吸式和

6、动力机械(压缩空 气和泵)输送式，大多数使用干式磨料，供给方式采用自吸式。2.2加工特点及与其他加工方式比较水射流切割加工工艺与传统的火焰切割及等离子弧切割工艺相比，具有以下优点：1.切割精度高使用超高压水切割可提供良好的切边品质，所加工物料无裂缝，无毛边，无浮渣，且切口小，切口平整，不产生热效应、加工硬化和应力，切缝可以达到很高的精度。2.切割范围广超高压水切割工艺适应性强，切割范围广，既可以切割花岗岩、玻璃、钢材及钛合金等硬质材料，又可切割布料、纸板、皮革等软材料及易变形材料等。3.切割效率高水射流切割加工工艺切割的速度快，生产效率高。4.高度弹性化从简单到复杂的图形不仅切割速度

7、快而且切割容易。它除可切割直线、斜线、圆弧线外，还可切割地图、各种复杂图形等。5.操作简单水射流切割加工不仅操作方式简单，而且程序的编辑也很容易，具有“可切割任何设计或是创意之图形”的可用性。6.成本低水射流切割加工工艺以水为介质，并且零配件的使用寿命很长，这样就可减少停机的时间并降低成本。7.安全性水射流切割加工时不会产生灰尘及有毒气体，提供一个清洁及安全的操作环境，并提供全面的安全设施。2.3水射流加工的分类 从本质上讲，有两类水加工：纯水水加工和磨料水加工。设备设计为只能使用纯水水加工、只能使用加砂水加工、或二者均可。无论何种形式，必须首先对水加压。从应用上可分为：高压水射流清洗、高压水

8、射流切割、高压水射流粉碎和高压水射流除锈等。3.水射流的发展3.1发展现状1968年，美国密执安大学教授诺曼·弗兰兹博士首次获得水射流切割技术专利。1971年，利用该技术对做家具的硬木进行射流切割获得成功，引起了国际关注。80年代，美国又率先把水磨料射流(AWJ)切割技术推进到了实用阶段，使切割对象更为广泛。高压水射流切割不仅可以切割各类金属或非金属、塑性或脆性硬材料，而且是冷切割工艺，因此材料的物理、机械性能及材质的晶间组织结构不会遭到破坏,且免除了后序加工。尤其对特种材料,如钛合金、碳纤维材料等,其切割效果更无法比拟。目前,已有3000多套水射流切割设备在数十个国家的几十个行业中

9、应用，可切割500余种材料，其设备年增长率超过20%。水射流切割技术一出现就受到工业发达国家的广泛重视。在美国,水射流发展迅速,应用十分广泛。国际上先后成立了英国流体研究公司(BHRG)、日本国际水射流学会(ISWJT)、美国水射流技术协会(WJTA)等行业组织，WJTA还组织编写了推荐实用高压水射流设备使用手册、高压水射流技术基础与应用等书,国际上先后主办了二十几次国际射流或水射流学术会议。所有这些都为研究者、专业生产公司、应用厂家之间的相互交流、沟通、协作提供了楔机或条件。使得从大学到专业公司和应用厂家配套协作一条龙，对水射流发展十分有利。目前从事水射流加工技术研究和应用的国家已超过40个

10、，主要有美国、俄罗斯、日本、德国、瑞士、英国、法国、加拿大、澳大利亚、印度、韩国、新加坡等。我国的水射流技术起步并不晚，始于50年代，但主要局限于矿业运用与开发，压力为中高压水平,直到80年代才开始引进超高压水射流设备,仿制与研究相结合,用于加工航空复合材料及钦板等,与此同时国内船舶系统也研制开发中高压系统用于清洗、除锈等舰船的修配工作。80年代后期和90年代初国内自行研制成功了超高压水切割系统设备,并具有自己的特色和优点,但是在推广应用及进一步改进提高上工作还做得不够, 未能形成美国式的一条龙服务的良性循环。我国目前已有许多单位研制开发过(出)产品及正在研制开发与应用水射 

11、;流切割技术与设备。国内的水射流学术活动也较多,已举办过三届全国喷射技术会议、八届水射流技术讨论会,而且几乎每届的相关国际会议都有中国学者参加。我国众多学者为水射流技术做了大量工作,并取得了许多较高水平的成果。在高压水射流切割设备方面, 我国也具备设计与制造实力。某些国产设备的指标已达国际先进水平。我国目前水射流切割技术应用还不很广泛,并未引起应有的足够重视,还没有一家汽车厂采用,这不能不说是一种缺陷,这也正是其推广与提高的障碍。3.2发展趋势3.2.1主机设计日趋完善如主机的超高压、大功率化。目前水射流的压力已超过500MPa。主机的超高压、大功率化等研究与开发十分活跃。设计工作压

12、力更高的、更加稳定的高压系统是当前研究热点之一。如国外的高压部分设计有2个高压发生器。其中一个高压发生器工作，另一个高压发生器备用。2个高压发生器交替工作，可以保证机床连续工作；其完善的自动诊断及保护功能使其运行更安全、维护更加简单方便；机床定位精度高，其直线定位精度为0.1076mm，重复定位精度为0.1050mm；设计了自动调高系统，能够在切割过程中自动调整切割头与工件之间的距离以保证优良的切割品质和防止砂管被撞断；此外如发展为加装多个切割刀头形式，即用一台高压系统，同时带动3-4个喷嘴同时进行切割；加砂切割头带自动输砂装置；采用高度及碰撞感应器；增加自动化除砂系统等。3.2.2切割工艺参

13、数不断优化进一步提高效率，减少磨料消耗和降低能耗，如最佳的磨料量使用可节省成本。储备了工件材料数据库，用户可根据工件材料种类、厚度和加工要求自动变换加工参数，操作者可自行扩展数据库。3.2.3控制系统追求智能化、数控化控制要进一步完善专用的水切割数控系统的功能，发展智能化控制，使工艺参数能在加工过程中自适应调整。尤其是实现从一般的两轴控制系统发展为五轴的、用于3D轮廓切割的控制系统。采用PC控制的简便的编程系统，带图形显示界面。切割路径模拟演示，用以检查切割过程，计算切割路径长度、切割时间，核算加工成本。3.2.4进一步扩大超高压水射流切割加工的应用范围5个控制轴可以切割立体的轮廓并可以进一步

14、扩展应用范围。由二维的切割和去毛刺加工发展至孔加工和三维型面的加工。与机器人相结合的水射流加工设备脱颖而出，高压水管以螺旋形绕在机器人手臂上，利用机器人手臂和手腕可使水切割头的喷嘴快速沿直线或弧线运行，达到3维加工工件的目的。3.2.5今后需在制作材料、加工工艺, 装配工艺等方面加大研究提高设备的可靠性和易损件等零部件寿命特别是关键零部件，如高压泵、喷嘴等的寿命。由于水喷射的流速达到了2-3倍的音速，压力高达500MPa以上，由于强大的压力，很多零配件像喷嘴、砂管、密封圈等易磨损，寿命低，不得不停机进行调整更换，目前高压泵和阀体的寿命可达6000h，喷嘴的寿命可达2000h。但多数还

15、达不到这个指标。故如何通过提高材料的性能，采取一系列防磨损措施，进而延长易损件的寿命，降低水切割加工成本，是今后的研究重点之一。尽管由于目前技术水平及经济条件的原因, 使高压水射流切割技术的应用受到一定的限制,但其优异的性能,能切割其他方法无法切割或不易切割的材料,必将使它得到越来越广泛的应用。而且随着现代科学技术的进步,它还将朝着超高压和智能化方向发展。4.高压水射流加工的应用4.1高压水射流清洗高压水射流清洗技术是近年来在国际上兴起的一门高科技清洗技术。高压水射流清洗具有清洗成本低、速度快、清净率高、不损坏被清洗物、应用范围广、不污染环境等特点。自80年代中期传入我国以来，逐渐得

16、到了工业界的普遍认同与重视。应用于清除水垢铁垢、油类等烃类残渣结焦、各种涂层棍凝土刺脂层、颜料、橡胶石膏、塑料等，其清洗效果好。自进入21世纪以来，高压水射流清洗技术在我国的应用发展很快，在石油北工、电力冶金等工业部门中得到了广泛的应用，现在已经普遍应用于清洗容器，如高压釜、反应器冷却塔.T罐糟车、管道、气管线及换热器，以及清洗船舶上积附的海洋生物和铁锈钢铁铸件上的清砂等4.2高压水射流切割高压磨料水射流切割无尘、无味、无毒、无火花、振动小、噪声低。尤其适合恶劣的工作环境和有防爆要求的危硷环境。它可以切割各种金属、非金属材料，各种硬、脆、韧性材料，如钛镍合金、陶瓷、玻璃、复合材料等。是目前世界

17、上先进的切割工艺方法之一。另外，水射流加工还能切割弹药等易燃易爆物品，这是其它加工方法无法取代的。4.3高压水射流粉碎高压水射流粉碎技术通过携带有巨大能量的高压水射流作用在被粉碎的物料上，在颗粒累不的晶体交界处产生应力波反射而引起张力，并在物料的裂隙和节理面中产生压力瞬变从而使物料粉碎。4.4高压水射流除锈高压水清洗的技术特点突出，无尘埃、无热破坏或化学污染、对材料本身无任何损坏的技术优势，各国政府对环保的日益重视，高压水清洗技术已成为船厂除锈除漆技术的发展方向。高压水射流除锈可分为两类：纯高压水和磨料射流。高压水及其磨料射流除锈是近年发展起来的除锈技术，由于其环保特性，彻底改变了干喷砂的粉尘污染问题，而且提高了除锈效率，所以在国内外得到越来越广泛的应用。5.结论水射流加工我们在了解它的优点的同时，我们也因注意起缺点。影响水射流加工的最主要因素是一次性初期投资较高。只有我们了解这些以后，我们才能更好的将其运用于生活生产中，更好的为实现可持续发展战略服务。我们只有在深入了解水射流加工后才能更好地利用水射流加工让其为我们生活更好地服务，也才能让我们水射流更好地融入到我们生产加工中来。参考文献:1 冯衍霞.磨料水射流铣削陶瓷材料加工技术研究D.山东大学,2007年2 卢新郁.磨