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论文题目：水射流切割技术的发展及应用学生姓名：学生学号：专业班级：机械设计制造及其自动化学院名称：信息工程学院指导老师：

水射流切割技术的发展及应用

摘要:磨料水射流切割技术是近20年来发展起来的新技术和新工艺,其发展相当迅速。文章阐述了高压水射流加工技术的起源、切割机理及其分类，以及磨料水射流切削加工的优越性和其在工业中的应用。
关键词：高压水射流切割机理

一、水射流加工技术起源
“水滴石穿”体现了在人们眼中秉性柔弱的水本身潜在的威力,然而，作为一项独立而完整的加工技术，高压水射流（WJ）、磨料水射流（AWJ）的产生却是最近三十年的事，利用高压水为人们的生产服务始于十九世纪七十年代左右，用来开采金矿，剥落树皮，直到二战期间，飞机运行中“雨蚀”使雷达舱破坏这一现象启发了人们思维。直到本世纪五十年代，高压水射流切割的可能性才源于苏联,但第一项切割技术专利却在美国产生，即1968年由美国密苏里大学林学教授诺曼·弗兰兹博士获得。在最近十多年里，水射流（WJ、AWJ切割技术和设备有了长足进步，其应用遍及工业生产和人们生活各个方面。许多大学、公司和工厂竞相研究开发，新思维、新理论、新技术不断涌现，形成了一种你追我赶的势头。目前已有3000多套水射流切割设备在数十个国家几十个行业应用,尤其是在航空航天、舰船、军工、核能等高、尖、难技术上更显优势。已可切割500余种材料，其设备年增长率超过20%。
2、我国水射流技术发展概述
随着我国经济的迅猛发展,各行各业对切割技术的需求越来越大,对切割质量的要求也越来越高.激光束、电子束、等离子体和水射流等都已成为新型的切割加工方法。其中激光束、电子束和等离子体都属于热切割加工,而水射流是唯一的冷切割加工技术。水射流不仅可以切割各类金属、非金属、塑性或脆性硬材料,而且工艺简单,工件材料的物理、机械性能不会破坏。在各种新材料与复合材料相继涌现的当今时代,水射流的冷切割性能是无与伦比的。
水射流切割分为纯水射流切割和磨料水射流切割两种。纯水射流切割是以纯水作为能量载体,其结构简单,喷嘴磨损慢,但切割能力差。磨料水射流切割以水和磨料(磨料约占90%)的混合液作为能量载体,切割能力强,能切割几乎所有的材料,其卓越的应用效果越来越被人们所认识。

3、水射流工作原理及其分类
高压水射流切割的原理是将水压增至超高压100~400MPa,经节流小孔(0.15~0.4mm)使水压热能转变为射流动能(流速高达900mm/s),用这种高速密集的水射流进行切割。磨料水射流切割则是再往水射流中混入磨料粒子,经混合管形成磨料射流进行切割。水射流作为载体使磨料粒子加速,由于磨料质量大、硬度高,磨料水射流较之水射流,其射流动能更大,切割效能更强。
根据磨料和高压水混合的情况磨料射流可分为前混合式、后混合式。其中,在后混合式磨料水射流的形成过程中,磨料以很低的初始速度与高速的水射流互相接触,发生的情况是随机的;有些磨料被水射流直接带走;有些磨料飞溅到混合腔的壁面,再反弹回到水射流表面;少数的磨料则贴附在混合腔的内壁面,其中的一些磨料还可能被偶然的冲刷而重新返回水射流中。总的看来,后混合式的原理与结构,都不能使磨料与高速流动的水进行紊动混合,明显降低了水介质对于磨料的能量传输效率。
前混合式磨料射流是将磨料先与从高压泵泵出的水在高压输水管路中混合均匀,形成磨料与水相混合的固液两相流,再经喷嘴喷出。而后混合式磨料射流正好相反,磨料与水的混合是在水喷出后进行的,最后一起经磨料喷嘴喷出。在前混合磨料射流系统中磨料罐处于泵压作用下,必须是一个能承受一定压力的容器。高压水与磨料在磨料罐内初步混合,使磨料处于似流体的流化状态,然后,在高压输送管的混合室内流化磨料与水混合,经磨料喷嘴加速过程使磨料获得更大的动能而喷射形成液固两相介质射流―磨料射流。其工作原理图如下:

图1.2前混合磨料射流系统图
磨料水射流加工磨料水射流的切割、车、铣、钻工作系统的组成和流程如下：供水系统→增压系统→磨料供给系统→磨料水射流喷头运动机构→接收器。其中，只是运动机构和接收器随具体应用而变更,其它部分的组成都相同。
前混合式磨料射流大大改善了液固两相介质的混合效果,磨料在喷射前能较均匀地混合于水流中,射流中的磨料在喷射前可以获得很高的动能,从而使其冲蚀物料的效果大大提高,同时也降低了泵的工作压力。这样,在完成同样切割任务时,前混合式磨料射流与后混合式磨料射流相比其压力可降低了一个数量级。此外,前混合磨料射流还具有磨料可以回收利用、切割比能耗较低等优点。
因为前混合磨料射流具有上述的优点,所以前混合磨料射流有广泛的应用基础。例如用前混合磨料射流进行切割加工,可以在较低压力下对机械刀具难以加工的陶瓷、金属基或纤维树脂复合材料等进行加工。在除