精密與特種加工技術(shù)論述 3

1、遼 寧 科 技 學(xué) 院（2014屆）精密與特種加工論文題目： 精密與特種加工技術(shù)論述專題： 水射流技術(shù)簡(jiǎn)述專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：機(jī)電BG101姓 名：王晶晶學(xué) 號(hào)：6212110125指導(dǎo)教師：郎慶陽(yáng)水射流技術(shù)簡(jiǎn)述  摘  要隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)也要適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。由于發(fā)展的需要，出現(xiàn)了許多難以加工的材料，傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)不能滿足加工的要求，因此出現(xiàn)了許多新的加工方法，以滿足加工的需要。本文通過(guò)對(duì)高壓水射流技術(shù)的簡(jiǎn)述及對(duì)其基本應(yīng)用的簡(jiǎn)要介紹，闡述了這種新型技術(shù)的原理及在加工和生活中的用處，說(shuō)明了新型技術(shù)正在改變著人們的生活生產(chǎn)，總

2、結(jié)出由科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人類的工業(yè)技術(shù)水平也隨之迅猛發(fā)展，只有更好地學(xué)習(xí)和掌握新型科學(xué)技術(shù)，才能更好地為社會(huì)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。水射流加工就是其中的一種加工方法， 數(shù)控高壓水射流切割機(jī)床是水射流加工機(jī)床的一種，它是數(shù)控技術(shù)，電氣控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)等新技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。 它包括超高壓發(fā)生器、控制系統(tǒng)、切割平臺(tái)等組成。  關(guān)鍵詞 高壓水射流，切割，清洗目錄1  緒論 11.1 水射流加工技術(shù)的發(fā)展歷史12 水射流加工技術(shù)的應(yīng)用 22.1概述22.2.水射流切割的工藝特點(diǎn) 22.3水射流設(shè)備布局方案  

3、;33 高壓水射流工藝 43.1高壓水射流工藝原理 43.2高壓水射流切割技術(shù)特點(diǎn) 43.3高壓水射流清洗技術(shù)工藝特點(diǎn) 5高壓水清洗機(jī)63.4高壓水射流技術(shù)研究現(xiàn)狀 63.5高壓水射流技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 7總 結(jié)8致 謝9參考文獻(xiàn) 101  緒論 1.1 水射流加工技術(shù)的發(fā)展歷史19世紀(jì)中葉，在北美洲，人類第一次使用水射流開(kāi)采非固結(jié)礦床。20世紀(jì)50年代初，蘇聯(lián)和中國(guó)利用水射流進(jìn)行采煤(即水力采煤)。隨著水力采煤技術(shù)的推廣，人們認(rèn)識(shí)到，提高水的壓力、適當(dāng)減小噴嘴直徑，可以顯著提高水射流的擊穿效果

4、。于是人們開(kāi)始研究較高壓力的壓力源(高壓泵和增壓器)及高壓脈沖射流。 20世紀(jì)60年代以前，人們主要研究低壓水射流采礦，水射流技術(shù)還處于探索試驗(yàn)階段；至20世紀(jì)70年代初，主要研究制高壓泵、增壓器、高壓管件，推廣水射流清洗技術(shù)，處在設(shè)備研制階段；至20世紀(jì)80年代，水射流技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域從采礦發(fā)展到其他領(lǐng)域，大量的水射流采煤機(jī)、切割機(jī)、清洗機(jī)相繼問(wèn)世，并進(jìn)行了廣泛的推廣應(yīng)用；之后，水射流進(jìn)入了快速發(fā)展階段，水射流技術(shù)研究進(jìn)一步深化，磨料射流、空化射流、自激振動(dòng)射流等新型射流技術(shù)發(fā)展很快。 2 水射流加工技術(shù)的應(yīng)用 2.1概述水射流技術(shù)因其本身的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)在工業(yè)切割、

5、清洗領(lǐng)域應(yīng)用已十分廣泛。       切割方面：純水應(yīng)用于造紙業(yè)、橡膠業(yè)等，而加砂水刀則可應(yīng)用于石材業(yè)、陶瓷業(yè)、航天航空業(yè)，汽車制造業(yè)、金屬加工業(yè)。尤其值得一提的是汽車制造業(yè)，隨著近幾中國(guó)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各大汽車生產(chǎn)廠商產(chǎn)量地極劇擴(kuò)大，車型地不斷更新，生產(chǎn)周期地縮短，對(duì)配套的汽車內(nèi)飾件(如汽車地毯、儀表板、頂蓬等)廠家來(lái) 說(shuō)，早期手工加工汽車內(nèi)飾件的切邊及打孔的方法，由于效率低下、產(chǎn)品精度差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，顯然已不能滿足當(dāng)前汽車業(yè)發(fā)展的需求。     

6、60;工業(yè)清洗方面，可應(yīng)用于汽車業(yè)之噴漆房清洗、石化業(yè)之熱交換器內(nèi)外管清洗、飛機(jī)跑道之橡膠清洗、工業(yè)上之除銹及防蝕工程表面處理、航天工業(yè)引擎零件之清洗、核能發(fā)電廠之清除輻射污染等行業(yè)。 2.2.水射流切割的工藝特點(diǎn) 水射流切割是水射流或磨料水混合物在壓力達(dá)400MPa下，以速度達(dá)100m/s從直徑0.1mm0.2mm的噴嘴中射出進(jìn)行的切割。在磨料水切割時(shí)，射流從噴嘴通過(guò)小直徑（約1mm）硬質(zhì)合金噴管噴出，并借助于在噴管入口噴射，從專用料斗中吸入磨料粉。水射流的動(dòng)能將傳給磨料顆粒，從而從被切割毛坯上去除微屑。這時(shí)，實(shí)際上在毛坯上完全沒(méi)有熱和力的作用，故切口表面不變形，且無(wú)毛刺

7、及材料的組織畸變。 當(dāng)切割功率達(dá)30kW以上時(shí)，工作頭可用手或機(jī)器人的夾持裝置自由握住。機(jī)器人的微處理器數(shù)控裝置可在空間任意角度下實(shí)現(xiàn)切割。水射流裝置可切割板料、精確直角、打小孔、開(kāi)窄槽和完成位于很近的型面（其中包括非導(dǎo)熱材料）。切口可從制件表面的任意點(diǎn)開(kāi)始。切口寬度較?。ㄔ谒懈顣r(shí)為0.1mm0.3mm，在磨料水切割時(shí)為1mm1.5mm），從而可保證節(jié)約材料，降低能耗。工藝過(guò)程具有柔性的生態(tài)潔凈的特點(diǎn)，通?？捎糜谕瓿梢罂焖僦卣{(diào)設(shè)備的單件訂貨。各種方法切割板料的評(píng)定結(jié)果列于表1（根據(jù)Flow公司的數(shù)據(jù)）。主要工藝參數(shù)是生產(chǎn)率或切割速度V。對(duì)大多數(shù)水射流裝置：V=0.001m/min

8、-12m/min，切割精度±0.1mm。表2列舉出了Flow公司關(guān)于磨料水切割各種材料的速度與毛坯厚度有關(guān)的數(shù)據(jù)。表3中列出了Ingersoll-Rand公司（德國(guó)）關(guān)于水射流切割速度的數(shù)據(jù)。 2.3水射流設(shè)備布局方案      水射流設(shè)備的布局目前有各種方案，其中包括機(jī)器人配套的形式、帶回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的形式等，但應(yīng)用最廣的是移動(dòng)龍門架或固定龍門架的布局。在一系列移動(dòng)龍門架的裝置內(nèi)例如Bystronic、Waterjet公司（意大利）預(yù)先考慮有輔助角坐標(biāo)。當(dāng)工作頭沿Z軸移動(dòng)具有足夠快速動(dòng)作的恰服裝置時(shí)可加工管坯，其中包

9、括非圓型面。消除射流的余能是在工作臺(tái)下面的敞開(kāi)槽內(nèi)進(jìn)行的，從而使生態(tài)環(huán)境變壞。槽內(nèi)泥渣必須借助刮板傳送帶、螺旋輸送機(jī)、水力渦旋機(jī)等進(jìn)行定期    毛坯定位用的工作臺(tái)可用耐蝕板、金屬絲網(wǎng)、磨尖的銷釘做成格子形狀來(lái)制成；工作臺(tái)表清理。  面可用散粒材料等形成。類似工作臺(tái)十分昂貴，且因射流作用而磨損，故壽命較低。帶移動(dòng)龍門架的設(shè)備最好用于加工在切割過(guò)程中不好移動(dòng)的笨重制件。典型代表是Flow公司的Tll-200型裝置，其工作臺(tái)尺寸為2m×4m。      固定龍門架的布局

10、示例是Ingersoll-Rand公司的裝置，其工作臺(tái)尺寸為2m×3m。當(dāng)收集器內(nèi)的射流余能被消除后，形成的泥渣將沿專用軟管排入沉淀槽。因在工作頭出口孔附近區(qū)遮蓋有專用罩，且罩與吸塵器相連，而收集器安排在距離毛坯幾毫米處，故切割過(guò)程可達(dá)到最大的生態(tài)潔凈。不設(shè)置廢水槽，可顯著減輕裝置的重量。  3 高壓水射流工藝 3.1高壓水射流工藝原理 超高壓水刀的基本技術(shù)既簡(jiǎn)單又極為復(fù)雜。當(dāng)水被加壓至很高的壓力并且從特制的噴嘴小開(kāi)孔(其直徑為0.1mm至0.5mm)通過(guò)時(shí), 可產(chǎn)生一道每秒達(dá)近千公尺(約音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各種軟質(zhì)材

11、料包括食品, 紙張, 紙尿片, 橡膠及泡棉，此種切割被稱為純水切割。 而當(dāng)少量的砂如石榴砂被加入水射流中與其混合時(shí), 所產(chǎn)生之加砂水射流, 實(shí)際上可切割任何硬質(zhì)材料包括金屬, 復(fù)合材料, 石材及玻璃. 超高壓水刀也可使用于各種不同的工業(yè)表面處理應(yīng)用如船身清洗及汽車噴漆設(shè)備清洗. 3.2高壓水射流切割技術(shù)特點(diǎn)  由于高壓水射流切割屬于冷切割，在切割過(guò)程中產(chǎn)生的熱量很少，并且熱量很快被水流帶走，所以不會(huì)造成工件切口附近的材料氧化、金相組織發(fā)生變化，也不會(huì)使工件發(fā)生變形，同時(shí)也避免

12、了某些材料有害物質(zhì)的揮發(fā)。  高壓水射流切割屬于點(diǎn)切割，切割時(shí)作用在工件上的力很小，不會(huì)使工件產(chǎn)生附加應(yīng)力或應(yīng)力變形，這對(duì)于切割某些表面完整性要求高的零部件及其補(bǔ)充加工有著特殊的意義。  高壓水射流切割沒(méi)有粉塵危害，因?yàn)榍懈钏樾己芸鞎?huì)隨水流進(jìn)入收集器而被排走，這對(duì)于石棉制品、玻璃鋼制品、酚醛夾層材料以及陶瓷制品等材料的切割是非常有利的。  由于高壓水射流切割所使用的噴嘴孔徑很小，使得切口的間隙很窄，這可以大大節(jié)約材料，特別是對(duì)于某些貴重金屬的切割，提高了材料的利用率，降低了生產(chǎn)成本。  高壓水射流切割設(shè)備大都采用計(jì)

13、算機(jī)或機(jī)器人控制的數(shù)控切割裝置，可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，所以采用高壓水射流不但可以切割各種板狀材料，也可以切割三維曲形的零部件。 3.3高壓水射流清洗技術(shù)工藝特點(diǎn)  高壓水射流清洗技術(shù)是近年來(lái)在國(guó)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(guó)以來(lái)，逐漸得到了工業(yè)界的普遍認(rèn)同與重視。在傳統(tǒng)的清洗作業(yè)中采用的清洗技術(shù)有機(jī)械鉆孔清洗、蒸汽清洗、化學(xué)清洗、超聲波清洗、以及水射流清洗等幾十種形式。高壓水射流清洗屬于物理清洗方法，與傳統(tǒng)的人工、機(jī)械清洗及化學(xué)清洗相比，有如下優(yōu)點(diǎn)： &

14、#160;水射流的壓力與流量可以方便地調(diào)節(jié)，因而不會(huì)損傷被清洗物的基體。  高壓水射流清洗不會(huì)造成二次污染，清洗過(guò)后如無(wú)特殊要求，不需要進(jìn)行潔凈處理。  洗形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物件，能在空間狹窄或環(huán)境惡劣的場(chǎng)合進(jìn)行清洗作業(yè)。  高壓水射流清洗快速、徹底。  清洗成本低，大約只有化學(xué)清洗的1/3左右，即高壓水射流清洗屬于細(xì)射流，在連續(xù)不間斷的情況下，耗水量為1.84.5m3/h, 功率為3590KW左右，屬于節(jié)能型設(shè)備。  高壓水射流清洗用途廣泛。與化學(xué)清洗不同，高壓水射流清洗無(wú)有害物質(zhì)排放

15、與環(huán)境污染問(wèn)題，水射流物化后還能降低作業(yè)區(qū)的空氣粉塵濃度，保護(hù)環(huán)境。  高壓水清洗機(jī)高壓水清洗機(jī)，又稱為高壓清洗機(jī)、高壓水射流清洗機(jī)，壓力達(dá)到500bar以上為超高壓水清洗機(jī)是指通過(guò)高壓水轉(zhuǎn)換裝置（一般指高壓柱塞泵）將水經(jīng)過(guò)數(shù)級(jí)加壓，使其壓力至數(shù)百個(gè)大氣壓以上，再通過(guò)特殊制作的具有細(xì)小孔徑的噴射裝置轉(zhuǎn)換為高速的"水射流"的一種清洗設(shè)備。這種"水射流"的速度一般都在一倍馬赫數(shù)以上，具有巨大的打擊能量，可以完成不同種類的清洗、清除任務(wù)。因?yàn)槠渥陨硖攸c(diǎn)，高壓水清洗也是世界上公認(rèn)最科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的清潔方式之一。3.4高壓水射流技術(shù)研究現(xiàn)狀&

16、#160;人們?cè)诤茉绲臅r(shí)間就開(kāi)始利用很高壓力的水進(jìn)行材料的加工和切割。 1870年前后，美國(guó)在加利福尼亞的金礦中用增壓后的水流開(kāi)采礦石，俄國(guó)人也曾用水采煤。在上世紀(jì)60年代，密蘇里大學(xué)林業(yè)系的諾曼·弗朗茲教授發(fā)明了高壓水射流的切割實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置的核心是一個(gè)單缸增壓器，壓力可以達(dá)到344.7MPa(s000opsi)，用這樣的高壓水可以來(lái)切割木材。這一裝置引起包括著名的依格所爾公司在內(nèi)的許多壓力設(shè)備制造商和研究單位的興趣。1971年第一臺(tái)商用水切割試驗(yàn)機(jī)在杰克遜的阿爾頓紙品公司投入應(yīng)用，用于切割層壓紙管，其厚度達(dá)到12.7mln(0.sin)，并且可以在紙管上切出各種形狀。

17、高壓水切割技術(shù)的真正的商品化應(yīng)用是上世紀(jì)80年代初洛克韋爾飛機(jī)公司用水切割機(jī)來(lái)切割BI轟炸機(jī)的欽合金零件，可以節(jié)約成本50%。目前許多國(guó)外的公司用高壓水切割各種材料，甚至用于軍艦制造。 高壓水除用于切割之外，還可用于除銹、清洗，以及建筑與道路施工等方面，涉及到造船、航空、汽車、機(jī)械制造、輕工、城建等許多行業(yè)。1987年洛克希德航空系統(tǒng)公司開(kāi)發(fā)了四軸水切割機(jī)器人，用于石墨增強(qiáng)樹(shù)脂、欽合金板材以及薄壁大口徑管材的切割。依格所爾公司的水切割系統(tǒng)與ASES的機(jī)器人組合成汽車工業(yè)機(jī)器人，在瑞典得到應(yīng)用，切割汽車車頭的襯里、門板和地毯。在軍工上，美國(guó)人應(yīng)用高壓水切割軍艦用異型橡膠零件，以及潛艇外

18、貼降噪橡膠層。高壓水射流技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用開(kāi)始于上世紀(jì)80年代，并隨著國(guó)際上水射流理論的成熟和成功的商業(yè)化，國(guó)內(nèi)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)也不斷地加深，很多的專家學(xué)者，對(duì)此開(kāi)展了大量的研究和探討，把國(guó)內(nèi)的高壓水射流切割技術(shù)不斷推進(jìn)。新型射流的應(yīng)用和研究得到很快的發(fā)展，在落煤、破巖、船舶除銹、噴射鉆井、機(jī)場(chǎng)除膠和除漆等得到極為迅速的推廣。 3.5高壓水射流技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 低價(jià)格 ：高壓水射流清洗自上世紀(jì)八十年代引進(jìn)以來(lái)在中國(guó)已有二十余年的發(fā)展。在技術(shù)引進(jìn)之處，高壓水射流以明顯的技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì)占有了市場(chǎng)，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。高技術(shù) ：現(xiàn)有的高壓水清洗企業(yè)良莠不齊

19、，許多廠家只是代理國(guó)外的清洗設(shè)備直接賣給需要的化工企業(yè)或者其他清洗目標(biāo)企業(yè)，結(jié)果往往由于設(shè)備與被清洗機(jī)械部匹配導(dǎo)致無(wú)法清洗或者清洗不達(dá)標(biāo)。這就提醒國(guó)內(nèi)的高壓水清洗行業(yè)要提高自身的研發(fā)能力來(lái)面對(duì)國(guó)內(nèi)各種各樣不同的清洗狀況制定不同的清洗方案。寬領(lǐng)域 ：高壓水射流清洗一開(kāi)始就只出現(xiàn)在工業(yè)清洗的領(lǐng)域，由于其對(duì)環(huán)境無(wú)污染而且介質(zhì)是水方便獲得，在工業(yè)清洗領(lǐng)域迅速的拓展，從化工、煤炭到電力以及除銹、噴涂預(yù)處理。高壓水射流技術(shù)的廣泛適用性還應(yīng)該在民用清洗領(lǐng)域繼續(xù)拓展，比如高層的建筑樓外清洗以及廣場(chǎng)地面黏著物。 嚴(yán)規(guī)范 ：國(guó)外的清洗施工都有嚴(yán)格的規(guī)程控制清洗操作，而國(guó)內(nèi)由于市場(chǎng)規(guī)范還不嚴(yán)格，往往不注重這方面的監(jiān)管。而高壓水是具有高能量的水流，一旦直接接觸人體，極容易發(fā)生危險(xiǎn)。而且由于清洗的目標(biāo)設(shè)備往往比較大，存在高處作業(yè)的可能，如果是石化企業(yè)中的清洗項(xiàng)目則存在燃爆的隱患