特種加工論文

1、目錄1.前言22.水射流簡介22.1水射流基本原理介紹22.2加工特點(diǎn)及與其他加工方式比較33.水射流的發(fā)展43.1發(fā)展現(xiàn)狀43.2發(fā)展趨勢53.2.1主機(jī)設(shè)計日趨完善53.2.2切割工藝參數(shù)不斷優(yōu)化63.2.3控制系統(tǒng)追求智能化、數(shù)控化控制63.2.4進(jìn)一步擴(kuò)大超高壓水射流切割加工的應(yīng)用范圍63.2.5今后需在制作材料、加工工藝, 裝配工藝等方面加大研究64.高壓水射流加工的應(yīng)用74.1高壓水射流清洗74.2高壓水射流切割74.3高壓水射流粉碎74.4高壓水射流除銹75.結(jié)論8參考文獻(xiàn):8水射流加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用楊義西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院2012級機(jī)械設(shè)計制造及其自動化5班摘 要：

2、本文通過對水射流特種的基本原理介紹和相對于其他加工方法的比較折射出水射流加工的神奇，更深一步介紹水射流加工對我們?nèi)祟惏l(fā)展的重要意義。了解水射流加工在我們生活中的運(yùn)用，水射流的優(yōu)缺點(diǎn)以及現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域，讓我們更深層次的了解水射流一種普通而又神奇的特種加工。關(guān)鍵詞：水射流 發(fā)展?fàn)顩r 應(yīng)用領(lǐng)域 1.前言水射流特種加工是利用具有很高動能的高速水射流束來沖蝕材料，從而實(shí)現(xiàn)材料切削，屬于高能束加工范疇，是一種可與激光、等離子體、電子束加工方法媲美的新型切割加工方法。水射流加工具有介質(zhì)成本低、清潔、環(huán)境友好，而且對被加工材料無熱損傷等優(yōu)點(diǎn)，在許多材料的切割加工、表面處理中，水射流具有其獨(dú)特的優(yōu)越性

3、。另一方面，水射流切割無接觸，適應(yīng)性好、切割表面精度、切縫窄、材料損耗少、清潔無污染，配合數(shù)控執(zhí)行機(jī)構(gòu)可精確切割加工任意復(fù)雜形狀工件。高速水射流尤其適用于高硬度、高脆性難加工材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、陶瓷、石材等的切割加工。作為特種加工的一種，水射流加工越來越多的被用到現(xiàn)實(shí)生活中，為了使人們更好的了解水射流加工，本文就水射流加工的一些基本常識作一些終結(jié)，讓更多的人對高壓水射流加工有更多的了解，從而將其更多、更好的應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，更好的為人類社會的發(fā)展服務(wù)，為可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。2.水射流簡介2.1水射流基本原理介紹水射流切割是利用高壓、高速液流對工件的沖擊作用去除材料來實(shí)現(xiàn)對工件的切割。高壓水

4、射流切割技術(shù)是以水作為攜帶能量的載體。用高速水射流對各類材料進(jìn)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3001000MPa(動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，然后使高壓水通過直徑為0.10.6mm的噴嘴,以23倍聲速噴出(壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。當(dāng)水射流沖擊被切割材料時，如果壓力超過材料的破壞強(qiáng)度，即可切斷材料。噴嘴常用人造寶石、陶瓷、碳化鎢等耐磨材料制作。該加工方法分為兩類:一類是以水作為能量載體，也叫純水射流切割。它的結(jié)構(gòu)較簡單，噴嘴磨損慢，但切割能力較低，適于切割軟材料；另一類是以水和磨料(磨料約占90%)的混合液作為能量載體,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，磨料射流切割的壓力可以大大降低，并極大地拓寬了切割范圍，但噴嘴磨損快，且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適于切割硬材料。磨料射流切割根據(jù)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(shí)現(xiàn)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(jīng)過水噴嘴時所產(chǎn)生的負(fù)壓來吸卷和加速磨料，因而磨料很難進(jìn)入射流的核心而得到充分加速， 即磨料很難達(dá)到水的速度，這導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。磨料通常采用粒度為80150目的二氧化硅、氧化鋁、柘榴石等，磨料的狀態(tài)有干式和濕式兩種，其供給方式分自吸式和

6、動力機(jī)械(壓縮空 氣和泵)輸送式，大多數(shù)使用干式磨料，供給方式采用自吸式。2.2加工特點(diǎn)及與其他加工方式比較水射流切割加工工藝與傳統(tǒng)的火焰切割及等離子弧切割工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.切割精度高使用超高壓水切割可提供良好的切邊品質(zhì)，所加工物料無裂縫，無毛邊，無浮渣，且切口小，切口平整，不產(chǎn)生熱效應(yīng)、加工硬化和應(yīng)力，切縫可以達(dá)到很高的精度。2.切割范圍廣超高壓水切割工藝適應(yīng)性強(qiáng)，切割范圍廣，既可以切割花崗巖、玻璃、鋼材及鈦合金等硬質(zhì)材料，又可切割布料、紙板、皮革等軟材料及易變形材料等。3.切割效率高水射流切割加工工藝切割的速度快，生產(chǎn)效率高。4.高度彈性化從簡單到復(fù)雜的圖形不僅切割速度

7、快而且切割容易。它除可切割直線、斜線、圓弧線外，還可切割地圖、各種復(fù)雜圖形等。5.操作簡單水射流切割加工不僅操作方式簡單，而且程序的編輯也很容易，具有“可切割任何設(shè)計或是創(chuàng)意之圖形”的可用性。6.成本低水射流切割加工工藝以水為介質(zhì)，并且零配件的使用壽命很長，這樣就可減少停機(jī)的時間并降低成本。7.安全性水射流切割加工時不會產(chǎn)生灰塵及有毒氣體，提供一個清潔及安全的操作環(huán)境，并提供全面的安全設(shè)施。2.3水射流加工的分類 從本質(zhì)上講，有兩類水加工：純水水加工和磨料水加工。設(shè)備設(shè)計為只能使用純水水加工、只能使用加砂水加工、或二者均可。無論何種形式，必須首先對水加壓。從應(yīng)用上可分為：高壓水射流清洗、高壓水

8、射流切割、高壓水射流粉碎和高壓水射流除銹等。3.水射流的發(fā)展3.1發(fā)展現(xiàn)狀1968年，美國密執(zhí)安大學(xué)教授諾曼·弗蘭茲博士首次獲得水射流切割技術(shù)專利。1971年，利用該技術(shù)對做家具的硬木進(jìn)行射流切割獲得成功，引起了國際關(guān)注。80年代，美國又率先把水磨料射流(AWJ)切割技術(shù)推進(jìn)到了實(shí)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(jī)械性能及材質(zhì)的晶間組織結(jié)構(gòu)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3000多套水射流切割設(shè)備在數(shù)十個國家的幾十個行業(yè)中

9、應(yīng)用，可切割500余種材料，其設(shè)備年增長率超過20%。水射流切割技術(shù)一出現(xiàn)就受到工業(yè)發(fā)達(dá)國家的廣泛重視。在美國,水射流發(fā)展迅速,應(yīng)用十分廣泛。國際上先后成立了英國流體研究公司(BHRG)、日本國際水射流學(xué)會(ISWJT)、美國水射流技術(shù)協(xié)會(WJTA)等行業(yè)組織，WJTA還組織編寫了推薦實(shí)用高壓水射流設(shè)備使用手冊、高壓水射流技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用等書,國際上先后主辦了二十幾次國際射流或水射流學(xué)術(shù)會議。所有這些都為研究者、專業(yè)生產(chǎn)公司、應(yīng)用廠家之間的相互交流、溝通、協(xié)作提供了楔機(jī)或條件。使得從大學(xué)到專業(yè)公司和應(yīng)用廠家配套協(xié)作一條龍，對水射流發(fā)展十分有利。目前從事水射流加工技術(shù)研究和應(yīng)用的國家已超過40個

10、，主要有美國、俄羅斯、日本、德國、瑞士、英國、法國、加拿大、澳大利亞、印度、韓國、新加坡等。我國的水射流技術(shù)起步并不晚，始于50年代，但主要局限于礦業(yè)運(yùn)用與開發(fā)，壓力為中高壓水平,直到80年代才開始引進(jìn)超高壓水射流設(shè)備,仿制與研究相結(jié)合,用于加工航空復(fù)合材料及欽板等,與此同時國內(nèi)船舶系統(tǒng)也研制開發(fā)中高壓系統(tǒng)用于清洗、除銹等艦船的修配工作。80年代后期和90年代初國內(nèi)自行研制成功了超高壓水切割系統(tǒng)設(shè)備,并具有自己的特色和優(yōu)點(diǎn),但是在推廣應(yīng)用及進(jìn)一步改進(jìn)提高上工作還做得不夠, 未能形成美國式的一條龍服務(wù)的良性循環(huán)。我國目前已有許多單位研制開發(fā)過(出)產(chǎn)品及正在研制開發(fā)與應(yīng)用水射 

11、;流切割技術(shù)與設(shè)備。國內(nèi)的水射流學(xué)術(shù)活動也較多,已舉辦過三屆全國噴射技術(shù)會議、八屆水射流技術(shù)討論會,而且?guī)缀趺繉玫南嚓P(guān)國際會議都有中國學(xué)者參加。我國眾多學(xué)者為水射流技術(shù)做了大量工作,并取得了許多較高水平的成果。在高壓水射流切割設(shè)備方面, 我國也具備設(shè)計與制造實(shí)力。某些國產(chǎn)設(shè)備的指標(biāo)已達(dá)國際先進(jìn)水平。我國目前水射流切割技術(shù)應(yīng)用還不很廣泛,并未引起應(yīng)有的足夠重視,還沒有一家汽車廠采用,這不能不說是一種缺陷,這也正是其推廣與提高的障礙。3.2發(fā)展趨勢3.2.1主機(jī)設(shè)計日趨完善如主機(jī)的超高壓、大功率化。目前水射流的壓力已超過500MPa。主機(jī)的超高壓、大功率化等研究與開發(fā)十分活躍。設(shè)計工作壓

12、力更高的、更加穩(wěn)定的高壓系統(tǒng)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。如國外的高壓部分設(shè)計有2個高壓發(fā)生器。其中一個高壓發(fā)生器工作，另一個高壓發(fā)生器備用。2個高壓發(fā)生器交替工作，可以保證機(jī)床連續(xù)工作；其完善的自動診斷及保護(hù)功能使其運(yùn)行更安全、維護(hù)更加簡單方便；機(jī)床定位精度高，其直線定位精度為0.1076mm，重復(fù)定位精度為0.1050mm；設(shè)計了自動調(diào)高系統(tǒng)，能夠在切割過程中自動調(diào)整切割頭與工件之間的距離以保證優(yōu)良的切割品質(zhì)和防止砂管被撞斷；此外如發(fā)展為加裝多個切割刀頭形式，即用一臺高壓系統(tǒng)，同時帶動3-4個噴嘴同時進(jìn)行切割；加砂切割頭帶自動輸砂裝置；采用高度及碰撞感應(yīng)器；增加自動化除砂系統(tǒng)等。3.2.2切割工藝參

13、數(shù)不斷優(yōu)化進(jìn)一步提高效率，減少磨料消耗和降低能耗，如最佳的磨料量使用可節(jié)省成本。儲備了工件材料數(shù)據(jù)庫，用戶可根據(jù)工件材料種類、厚度和加工要求自動變換加工參數(shù)，操作者可自行擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫。3.2.3控制系統(tǒng)追求智能化、數(shù)控化控制要進(jìn)一步完善專用的水切割數(shù)控系統(tǒng)的功能，發(fā)展智能化控制，使工藝參數(shù)能在加工過程中自適應(yīng)調(diào)整。尤其是實(shí)現(xiàn)從一般的兩軸控制系統(tǒng)發(fā)展為五軸的、用于3D輪廓切割的控制系統(tǒng)。采用PC控制的簡便的編程系統(tǒng)，帶圖形顯示界面。切割路徑模擬演示，用以檢查切割過程，計算切割路徑長度、切割時間，核算加工成本。3.2.4進(jìn)一步擴(kuò)大超高壓水射流切割加工的應(yīng)用范圍5個控制軸可以切割立體的輪廓并可以進(jìn)一步

14、擴(kuò)展應(yīng)用范圍。由二維的切割和去毛刺加工發(fā)展至孔加工和三維型面的加工。與機(jī)器人相結(jié)合的水射流加工設(shè)備脫穎而出，高壓水管以螺旋形繞在機(jī)器人手臂上，利用機(jī)器人手臂和手腕可使水切割頭的噴嘴快速沿直線或弧線運(yùn)行，達(dá)到3維加工工件的目的。3.2.5今后需在制作材料、加工工藝, 裝配工藝等方面加大研究提高設(shè)備的可靠性和易損件等零部件壽命特別是關(guān)鍵零部件，如高壓泵、噴嘴等的壽命。由于水噴射的流速達(dá)到了2-3倍的音速，壓力高達(dá)500MPa以上，由于強(qiáng)大的壓力，很多零配件像噴嘴、砂管、密封圈等易磨損，壽命低，不得不停機(jī)進(jìn)行調(diào)整更換，目前高壓泵和閥體的壽命可達(dá)6000h，噴嘴的壽命可達(dá)2000h。但多數(shù)還

15、達(dá)不到這個指標(biāo)。故如何通過提高材料的性能，采取一系列防磨損措施，進(jìn)而延長易損件的壽命，降低水切割加工成本，是今后的研究重點(diǎn)之一。盡管由于目前技術(shù)水平及經(jīng)濟(jì)條件的原因, 使高壓水射流切割技術(shù)的應(yīng)用受到一定的限制,但其優(yōu)異的性能,能切割其他方法無法切割或不易切割的材料,必將使它得到越來越廣泛的應(yīng)用。而且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,它還將朝著超高壓和智能化方向發(fā)展。4.高壓水射流加工的應(yīng)用4.1高壓水射流清洗高壓水射流清洗技術(shù)是近年來在國際上興起的一門高科技清洗技術(shù)。高壓水射流清洗具有清洗成本低、速度快、清凈率高、不損壞被清洗物、應(yīng)用范圍廣、不污染環(huán)境等特點(diǎn)。自80年代中期傳入我國以來，逐漸得

16、到了工業(yè)界的普遍認(rèn)同與重視。應(yīng)用于清除水垢鐵垢、油類等烴類殘?jiān)Y(jié)焦、各種涂層棍凝土刺脂層、顏料、橡膠石膏、塑料等，其清洗效果好。自進(jìn)入21世紀(jì)以來，高壓水射流清洗技術(shù)在我國的應(yīng)用發(fā)展很快，在石油北工、電力冶金等工業(yè)部門中得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)普遍應(yīng)用于清洗容器，如高壓釜、反應(yīng)器冷卻塔.T罐糟車、管道、氣管線及換熱器，以及清洗船舶上積附的海洋生物和鐵銹鋼鐵鑄件上的清砂等4.2高壓水射流切割高壓磨料水射流切割無塵、無味、無毒、無火花、振動小、噪聲低。尤其適合惡劣的工作環(huán)境和有防爆要求的危鹼環(huán)境。它可以切割各種金屬、非金屬材料，各種硬、脆、韌性材料，如鈦鎳合金、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等。是目前世界

17、上先進(jìn)的切割工藝方法之一。另外，水射流加工還能切割彈藥等易燃易爆物品，這是其它加工方法無法取代的。4.3高壓水射流粉碎高壓水射流粉碎技術(shù)通過攜帶有巨大能量的高壓水射流作用在被粉碎的物料上，在顆粒累不的晶體交界處產(chǎn)生應(yīng)力波反射而引起張力，并在物料的裂隙和節(jié)理面中產(chǎn)生壓力瞬變從而使物料粉碎。4.4高壓水射流除銹高壓水清洗的技術(shù)特點(diǎn)突出，無塵埃、無熱破壞或化學(xué)污染、對材料本身無任何損壞的技術(shù)優(yōu)勢，各國政府對環(huán)保的日益重視，高壓水清洗技術(shù)已成為船廠除銹除漆技術(shù)的發(fā)展方向。高壓水射流除銹可分為兩類：純高壓水和磨料射流。高壓水及其磨料射流除銹是近年發(fā)展起來的除銹技術(shù)，由于其環(huán)保特性，徹底改變了干噴砂的粉塵污染問題，而且提高了除銹效率，所以在國內(nèi)外得到越來越廣泛的應(yīng)用。5.結(jié)論水射流加工我們在了解它的優(yōu)點(diǎn)的同時，我們也因注意起缺點(diǎn)。影響水射流加工的最主要因素是一次性初期投資較高。只有我們了解這些以后，我們才能更好的將其運(yùn)用于生活生產(chǎn)中，更好的為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略服務(wù)。我們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讓其為我們生活更好地服務(wù)，也才能讓我們水射流更好地融入到我們生產(chǎn)加工中來。參考文獻(xiàn):1 馮衍霞.磨料水射流銑削陶瓷材料加工技術(shù)研究D.山東大學(xué),2007年2 盧新郁.磨