精密与特种加工技术论述 3

1、辽 宁 科 技 学 院（2014届）精密与特种加工论文题目： 精密与特种加工技术论述专题： 水射流技术简述专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机电BG101姓 名：王晶晶学 号：6212110125指导教师：郎庆阳水射流技术简述  摘  要随着社会的发展，机械制造业也要适应社会的发展。由于发展的需要，出现了许多难以加工的材料，传统的加工方法已经不能满足加工的要求，因此出现了许多新的加工方法，以满足加工的需要。本文通过对高压水射流技术的简述及对其基本应用的简要介绍，阐述了这种新型技术的原理及在加工和生活中的用处，说明了新型技术正在改变着人们的生活生产，总

2、结出由科学技术的发展人类的工业技术水平也随之迅猛发展，只有更好地学习和掌握新型科学技术，才能更好地为社会进步做出贡献。水射流加工就是其中的一种加工方法， 数控高压水射流切割机床是水射流加工机床的一种，它是数控技术，电气控制技术，计算机技术等新技术结合的产物。 它包括超高压发生器、控制系统、切割平台等组成。  关键词 高压水射流，切割，清洗目录1  绪论 11.1 水射流加工技术的发展历史12 水射流加工技术的应用 22.1概述22.2.水射流切割的工艺特点 22.3水射流设备布局方案  

3、;33 高压水射流工艺 43.1高压水射流工艺原理 43.2高压水射流切割技术特点 43.3高压水射流清洗技术工艺特点 5高压水清洗机63.4高压水射流技术研究现状 63.5高压水射流技术未来的发展趋势 7总 结8致 谢9参考文献 101  绪论 1.1 水射流加工技术的发展历史19世纪中叶，在北美洲，人类第一次使用水射流开采非固结矿床。20世纪50年代初，苏联和中国利用水射流进行采煤(即水力采煤)。随着水力采煤技术的推广，人们认识到，提高水的压力、适当减小喷嘴直径，可以显著提高水射流的击穿效果

4、。于是人们开始研究较高压力的压力源(高压泵和增压器)及高压脉冲射流。 20世纪60年代以前，人们主要研究低压水射流采矿，水射流技术还处于探索试验阶段；至20世纪70年代初，主要研究制高压泵、增压器、高压管件，推广水射流清洗技术，处在设备研制阶段；至20世纪80年代，水射流技术的应用领域从采矿发展到其他领域，大量的水射流采煤机、切割机、清洗机相继问世，并进行了广泛的推广应用；之后，水射流进入了快速发展阶段，水射流技术研究进一步深化，磨料射流、空化射流、自激振动射流等新型射流技术发展很快。 2 水射流加工技术的应用 2.1概述水射流技术因其本身的特点及优势在工业切割、

5、清洗领域应用已十分广泛。       切割方面：纯水应用于造纸业、橡胶业等，而加砂水刀则可应用于石材业、陶瓷业、航天航空业，汽车制造业、金属加工业。尤其值得一提的是汽车制造业，随着近几中国汽车工业的迅猛发展，国内外各大汽车生产厂商产量地极剧扩大，车型地不断更新，生产周期地缩短，对配套的汽车内饰件(如汽车地毯、仪表板、顶蓬等)厂家来 说，早期手工加工汽车内饰件的切边及打孔的方法，由于效率低下、产品精度差、劳动强度大，显然已不能满足当前汽车业发展的需求。     

6、60;工业清洗方面，可应用于汽车业之喷漆房清洗、石化业之热交换器内外管清洗、飞机跑道之橡胶清洗、工业上之除锈及防蚀工程表面处理、航天工业引擎零件之清洗、核能发电厂之清除辐射污染等行业。 2.2.水射流切割的工艺特点 水射流切割是水射流或磨料水混合物在压力达400MPa下，以速度达100m/s从直径0.1mm0.2mm的喷嘴中射出进行的切割。在磨料水切割时，射流从喷嘴通过小直径（约1mm）硬质合金喷管喷出，并借助于在喷管入口喷射，从专用料斗中吸入磨料粉。水射流的动能将传给磨料颗粒，从而从被切割毛坯上去除微屑。这时，实际上在毛坯上完全没有热和力的作用，故切口表面不变形，且无毛刺

7、及材料的组织畸变。 当切割功率达30kW以上时，工作头可用手或机器人的夹持装置自由握住。机器人的微处理器数控装置可在空间任意角度下实现切割。水射流装置可切割板料、精确直角、打小孔、开窄槽和完成位于很近的型面（其中包括非导热材料）。切口可从制件表面的任意点开始。切口宽度较小（在水切割时为0.1mm0.3mm，在磨料水切割时为1mm1.5mm），从而可保证节约材料，降低能耗。工艺过程具有柔性的生态洁净的特点，通常可用于完成要求快速重调设备的单件订货。各种方法切割板料的评定结果列于表1（根据Flow公司的数据）。主要工艺参数是生产率或切割速度V。对大多数水射流装置：V=0.001m/min

8、-12m/min，切割精度±0.1mm。表2列举出了Flow公司关于磨料水切割各种材料的速度与毛坯厚度有关的数据。表3中列出了Ingersoll-Rand公司（德国）关于水射流切割速度的数据。 2.3水射流设备布局方案      水射流设备的布局目前有各种方案，其中包括机器人配套的形式、带回转工作台的形式等，但应用最广的是移动龙门架或固定龙门架的布局。在一系列移动龙门架的装置内例如Bystronic、Waterjet公司（意大利）预先考虑有辅助角坐标。当工作头沿Z轴移动具有足够快速动作的恰服装置时可加工管坯，其中包

9、括非圆型面。消除射流的余能是在工作台下面的敞开槽内进行的，从而使生态环境变坏。槽内泥渣必须借助刮板传送带、螺旋输送机、水力涡旋机等进行定期    毛坯定位用的工作台可用耐蚀板、金属丝网、磨尖的销钉做成格子形状来制成；工作台表清理。  面可用散粒材料等形成。类似工作台十分昂贵，且因射流作用而磨损，故寿命较低。带移动龙门架的设备最好用于加工在切割过程中不好移动的笨重制件。典型代表是Flow公司的Tll-200型装置，其工作台尺寸为2m×4m。      固定龙门架的布局

10、示例是Ingersoll-Rand公司的装置，其工作台尺寸为2m×3m。当收集器内的射流余能被消除后，形成的泥渣将沿专用软管排入沉淀槽。因在工作头出口孔附近区遮盖有专用罩，且罩与吸尘器相连，而收集器安排在距离毛坯几毫米处，故切割过程可达到最大的生态洁净。不设置废水槽，可显著减轻装置的重量。  3 高压水射流工艺 3.1高压水射流工艺原理 超高压水刀的基本技术既简单又极为复杂。当水被加压至很高的压力并且从特制的喷嘴小开孔(其直径为0.1mm至0.5mm)通过时, 可产生一道每秒达近千公尺(约音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各种软质材

11、料包括食品, 纸张, 纸尿片, 橡胶及泡棉，此种切割被称为纯水切割。 而当少量的砂如石榴砂被加入水射流中与其混合时, 所产生之加砂水射流, 实际上可切割任何硬质材料包括金属, 复合材料, 石材及玻璃. 超高压水刀也可使用于各种不同的工业表面处理应用如船身清洗及汽车喷漆设备清洗. 3.2高压水射流切割技术特点  由于高压水射流切割属于冷切割，在切割过程中产生的热量很少，并且热量很快被水流带走，所以不会造成工件切口附近的材料氧化、金相组织发生变化，也不会使工件发生变形，同时也避免

12、了某些材料有害物质的挥发。  高压水射流切割属于点切割，切割时作用在工件上的力很小，不会使工件产生附加应力或应力变形，这对于切割某些表面完整性要求高的零部件及其补充加工有着特殊的意义。  高压水射流切割没有粉尘危害，因为切割碎屑很快会随水流进入收集器而被排走，这对于石棉制品、玻璃钢制品、酚醛夹层材料以及陶瓷制品等材料的切割是非常有利的。  由于高压水射流切割所使用的喷嘴孔径很小，使得切口的间隙很窄，这可以大大节约材料，特别是对于某些贵重金属的切割，提高了材料的利用率，降低了生产成本。  高压水射流切割设备大都采用计

13、算机或机器人控制的数控切割装置，可以实现多轴联动，所以采用高压水射流不但可以切割各种板状材料，也可以切割三维曲形的零部件。 3.3高压水射流清洗技术工艺特点  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，逐渐得到了工业界的普遍认同与重视。在传统的清洗作业中采用的清洗技术有机械钻孔清洗、蒸汽清洗、化学清洗、超声波清洗、以及水射流清洗等几十种形式。高压水射流清洗属于物理清洗方法，与传统的人工、机械清洗及化学清洗相比，有如下优点： &

14、#160;水射流的压力与流量可以方便地调节，因而不会损伤被清洗物的基体。  高压水射流清洗不会造成二次污染，清洗过后如无特殊要求，不需要进行洁净处理。  洗形状和结构复杂的物件，能在空间狭窄或环境恶劣的场合进行清洗作业。  高压水射流清洗快速、彻底。  清洗成本低，大约只有化学清洗的1/3左右，即高压水射流清洗属于细射流，在连续不间断的情况下，耗水量为1.84.5m3/h, 功率为3590KW左右，属于节能型设备。  高压水射流清洗用途广泛。与化学清洗不同，高压水射流清洗无有害物质排放

15、与环境污染问题，水射流物化后还能降低作业区的空气粉尘浓度，保护环境。  高压水清洗机高压水清洗机，又称为高压清洗机、高压水射流清洗机，压力达到500bar以上为超高压水清洗机是指通过高压水转换装置（一般指高压柱塞泵）将水经过数级加压，使其压力至数百个大气压以上，再通过特殊制作的具有细小孔径的喷射装置转换为高速的"水射流"的一种清洗设备。这种"水射流"的速度一般都在一倍马赫数以上，具有巨大的打击能量，可以完成不同种类的清洗、清除任务。因为其自身特点，高压水清洗也是世界上公认最科学、经济、环保的清洁方式之一。3.4高压水射流技术研究现状&

16、#160;人们在很早的时间就开始利用很高压力的水进行材料的加工和切割。 1870年前后，美国在加利福尼亚的金矿中用增压后的水流开采矿石，俄国人也曾用水采煤。在上世纪60年代，密苏里大学林业系的诺曼·弗朗兹教授发明了高压水射流的切割实验装置。该装置的核心是一个单缸增压器，压力可以达到344.7MPa(s000opsi)，用这样的高压水可以来切割木材。这一装置引起包括著名的依格所尔公司在内的许多压力设备制造商和研究单位的兴趣。1971年第一台商用水切割试验机在杰克逊的阿尔顿纸品公司投入应用，用于切割层压纸管，其厚度达到12.7mln(0.sin)，并且可以在纸管上切出各种形状。

17、高压水切割技术的真正的商品化应用是上世纪80年代初洛克韦尔飞机公司用水切割机来切割BI轰炸机的钦合金零件，可以节约成本50%。目前许多国外的公司用高压水切割各种材料，甚至用于军舰制造。 高压水除用于切割之外，还可用于除锈、清洗，以及建筑与道路施工等方面，涉及到造船、航空、汽车、机械制造、轻工、城建等许多行业。1987年洛克希德航空系统公司开发了四轴水切割机器人，用于石墨增强树脂、钦合金板材以及薄壁大口径管材的切割。依格所尔公司的水切割系统与ASES的机器人组合成汽车工业机器人，在瑞典得到应用，切割汽车车头的衬里、门板和地毯。在军工上，美国人应用高压水切割军舰用异型橡胶零件，以及潜艇外

18、贴降噪橡胶层。高压水射流技术在国内的应用开始于上世纪80年代，并随着国际上水射流理论的成熟和成功的商业化，国内对这项技术的认识也不断地加深，很多的专家学者，对此开展了大量的研究和探讨，把国内的高压水射流切割技术不断推进。新型射流的应用和研究得到很快的发展，在落煤、破岩、船舶除锈、喷射钻井、机场除胶和除漆等得到极为迅速的推广。 3.5高压水射流技术未来的发展趋势 低价格 ：高压水射流清洗自上世纪八十年代引进以来在中国已有二十余年的发展。在技术引进之处，高压水射流以明显的技术和成本优势占有了市场，并取得了巨大的经济效益。高技术 ：现有的高压水清洗企业良莠不齐

19、，许多厂家只是代理国外的清洗设备直接卖给需要的化工企业或者其他清洗目标企业，结果往往由于设备与被清洗机械部匹配导致无法清洗或者清洗不达标。这就提醒国内的高压水清洗行业要提高自身的研发能力来面对国内各种各样不同的清洗状况制定不同的清洗方案。宽领域 ：高压水射流清洗一开始就只出现在工业清洗的领域，由于其对环境无污染而且介质是水方便获得，在工业清洗领域迅速的拓展，从化工、煤炭到电力以及除锈、喷涂预处理。高压水射流技术的广泛适用性还应该在民用清洗领域继续拓展，比如高层的建筑楼外清洗以及广场地面黏着物。 严规范 ：国外的清洗施工都有严格的规程控制清洗操作，而国内由于市场规范还不严格，往往不注重这方面的监管。而高压水是具有高能量的水流，一旦直接接触人体，极容易发生危险。而且由于清洗的目标设备往往比较大，存在高处作业的可能，如果是石化企业中的清洗项目则存在燃爆的隐患