简述水射流加工技术发展与应用摘要：本文旨在介绍水射流加工技术的形成、发展史。

明确水射流加工工艺的主要流程，了解其发展趋势。

关键词：冷加工高压水射流切割磨料一、水射流加工技术发展史人们认识水射流应该说还是从水的冲刷作用开始的。

大雨能把田地冲出一道水沟，能剥落山岩，甚至能造成泥石流。

河道出口久而久之便冲积成了三角洲。

水对大自然的鬼斧神工表现在3个方面：使材料破裂、流动、去除。

水射流的应用起源于采矿业。

早期利用水射流冲洗矿石中的泥土，蓄水运送并筛选矿石和直接周水射流冲刷煤层。

由冲刷到破碎实际上是水射流的一个质变，前者是低压大流量，后者则是高压小流量。

本世纪30年代已开始用水射流采煤。

开始是用lOMPa以下的水射流冲采中硬以下煤层，至70年代已发展到用20～30MPa水射流慢速切割煤体，再后来就是高压至lOOMPa、超高压大于200MPa的水射流辅助采煤机、掘进机用于破碎落煤和破岩。

只有提高水射流工作压力才能使其广泛应用于大工业部门，这已成为人们的共识。

20世纪70年代，高压水清洗和超高压水切割在同步发展。

80年代，高压清洗已日趋完善，普及应用。

超高压水射流切割工艺一直是水射流行业研究、追踪的热点。

尤其在80年代末、90年代初期这类所谓“水刀”设备已经批量化、商品化，而且以机械于控制切割头为代表的产品已迅速达到了全自动、智能化的高水平。

水射流技术在向高压方向发展的同时，70年代末期国际水射流领域出现了一个引人注目的新动向，即从单一提高水射流压力，的观点开始转向研究如何提高和发挥水射流的潜力这方面来了。

这就有了脉冲射流（水炮）、高温射流、磨料射流和摆振射流。

这些射流与同等压力下的普通连续射流相比，显然大大提高了作业效率。

80年代以来，磨料射流、空化射流、气水射流和旋转射流的进一步发展，将高压水射流技术推向一个新的阶段。

水射流领域已经形成了一个以压力、功率为纵坐标、以射流形式为横坐标的技术与产品的甲而型谱。

高压水射流技术的应用范围也由单纯的采矿业扩大到石油、化工、轻工、航空、建筑、冶金、市政工程和医学等领域。

高压水射流技术的发展大致可分为4个阶段：60年代处于以低压水射流采矿为主的初朝阶段，同时以静压试验和化工流程为主要目的的高压泵、增压器和高压管件（统称高压设备）的研制取得了许多商品化成果（它们的介质主要不是水），这为高压水射流技术的到来奠定了基础；70年代主要针对采煤机、清洗机开展了水射流工业试验，这时期的主攻方向是提高以水为介质的高压动设备的压力和可靠性，同时开发多种形式的射流，尤其自1972年开始两年一届的英国流体机械研究集团(BHRG)主办的国际承射流技术会议、自1981年开始两年一届的美国水射流技术协会( WJTA)主办的美国水射流技术会议和自1990年开始两年一届的国际水射流协会(ISWJT)和日本水射流协会(JSWJT)主办的亚太国际水射流技术会议等，极大地推动了国际水射流界的交流与发展。

80年代是高压水射流技术迅速发展阶段，突出体现在高压、超高压、大型化、成套化、专用化和新型水射流形式都已产品化、规模化、商品化，尤其是清洗、除锈、切割应用的可靠性、安全性，迅速拓展至各工业部门。

上世纪90年代，一些高难度研究，诸如机器人多维水切割、水下切割、井喷管I 1切割、干冰切割等的问世，国际会议的主题基本上嗣绕着水切割展开，丰富、完善承切割研究与应用已经成为国际水射流界的焦点与热点，同时这一领域的标准与技术专著也时有出现。

近年来许多标新立异的成果表明：一个能根据实际需要自如地控制各种类型高压水射流技术特性、造福人类的新时代已经到来。

喷射技术已经成为一门独立的综合性的新学科。

二、水射流加工技术原理（一）水射流加工技术基本原理高压水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300～1000 MPa (动能转变为压力能) ,然后使高压水通过直径为0. 1～ 0. 6 mm的喷嘴,以2～ 3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80～ 150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。

（二）磨料水射流切割磨料水射流切割是利用水能和磨料来工作的。

工作原理同前述, 只是在喷嘴区通过蓝宝石小孔把射流集中到混合室, 再把最细的研磨介质加到成束的流体中, 形成磨料射流。

浓化的混合物在离开混合室时, 通过第二个小孔重新成束, 形成磨料射流。

高速射流流向待切材料, 进行切割。

切割时把水增压到140至350MPa磨料通常为刚玉、金刚石、石榴石、氧化硅等硬度很高的材料,粒度为40至100目, 射流直径为0.25至1mm。

增加长链聚合物可使水分子粘结, 从而明显地减少水射流的消耗。

该法在切割材料时, 割缝明显地减少。

这种方法目前能切割80 m m 厚钢板和难加工的玻璃、陶瓷、碳纤维、芳纶纤维、复合材料, 如硼/铝蜂窝结构、碳化硼/铝、石墨复合材料, 铝、锌、铅、钦及其它特殊合金，718铬镍钢、不锈钢、钨铜合金, 以及钛铝金属互化物。

由于切割时, 水射流带走了大部分热量,因此零件不会产生热变形、热感应氧化; 不会影响材料的金相组织; 不会引起应力集中。

因此该法特别适合薄壁零件及热敏感材料的切割。

三、水射流加工技术主要应用汽车工业加工各种非金属材料,如仪表板、地毯、石棉刹车衬垫、门框、车顶玻璃、汽车内装饰板、橡胶、塑料燃气箱等,以及其他内外组件的成形切割。

航空工业可切割特种材料,如钛合金、蜂窝状结构、碳纤维复合材料及层叠金属或增强塑料玻璃等。

如用水射流切割飞机叶片,叶片的切割边缘无热影响区和加工硬化现象,省去了后序加工。

铸造工业铸造工厂可用水射流切割技术去除工件外部的氧化铝、铸件上的型砂及陶瓷涂层等。

同时,可切割常规方法难以切割的灰铸铁件。

电子及电脑工业可以进行印刷电路板及薄膜形状的成形切割。

其他工业水射流和磨料射流切割技术还可在其他工业加工中应用,如用于建筑业中切割大理石、花岗岩、陶瓷等,造纸业中加工成品纸卷、瓦楞纸、卫生纸等,木材业中加工胶合板、木板等。

四、水射流加工工艺发展趋势作为一种新技术,高压水射流切割有着十分广阔的应用前景。

我国的高压水射流切割技术虽然有了很大的发展,与世界先进水平相比,在向商品转化方面仍有较大差距。

发展方向主要有以下几点。

第一，提高功率。

我国的高压水射流机组功率多在55～130 kW之间,压力在100MPa以内。

一些欧美同类产品机组功率多在100～300kW,压力为100～200MPa,典型参数可达功率500kW,压力150～200MPa。

大功率多为柴油机组,除了机动、方便、易于调节外,分动力驱动液压系统可以作为周边设备的动力源。

第二，提高可靠性。

我国的增压器功率小(<15kW),以变压器油作为工质,而水切割要求大功率(>30kW) ,以清水作工质,且连续运行,对增压器的要求极高。

要保证系统的可靠性,必须确保超高压往复精密封和进、出水阀组运行可靠,同时应满足所有承压件材料的选用、检测和工艺的高要求。

第三，提高喷嘴寿命。

水射流切割喷嘴的研究一直是个热点,水喷嘴多采用蓝宝石,而寿命问题突出反映在磨料喷嘴上。

我国材料很难过关,寿命往往很低。

加之小规模试制,更难以保证两个喷嘴的形状和尺寸。

第四，提高智能化水平。

国外的水射流切割机在产品商品化后已转向智能化水平,依赖相关专业的协作,如数控切割平台CNC程序设计,三维仿形切割,六轴机器人,利用这些技术保证了水切割机的可靠运行。

我国生产的二维平面运动工作台是由微机控制的,而美国是数控的。

我们应首先使二维水切割机达到国外同类产品水平,再谋求更高的智能化技术水平。

五、参考文献[1]刘丽萍王祝炜《高压水射流切割技术及应用》《农业机械学报》 2000年9月 31卷 5期[2]赵春红秦现生《高压水射流切割技术及其应用》《机床与液压》 2006 No.2[3]荣烈润《水射流加工技术的现状及其发展趋势》《航空精密制造技术》 2002年8月 38卷 4期[4]朱派龙周锦进范晓光刘翠华《高压水射流切割技术原理和应用前景》[5]周桂罗小玲《高压水射流技术的应用和发展》。