精密磨料微水射流加工系统研究

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精密磨料微水射流加工系统研究刘增文，黄传真(东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心，南 2 0 6 )山济 50 1

摘

要：通过研究精密磨料微水射流加工机理，设计磨料微水射流系统结构，优化加工工艺，指导实际生产，扩大磨料徽

水射流应用。

关键词：水射流；微磨料；喷头系统；加工工艺

中图分类号：G 6 T 64

文献标识码： A

文章编号：0 2 2 3 I0 60— 0 1 0 10— 3 32 0 ) 0 2— 3 9

S u y o h a h nngS se o r sv ir - t rJe t d n t eM c i i y tm fAb a i eM c o wae tLI Ze g we U n - n, HUANG u n z e Ch a - h n( e tefrA( a e e n 1 1n e h oo isf J ) _o lo ( af a gn eig h n o gUn vriy Jn n 2 0 C nr J I dJ t 1P ig Fc n lge Ca Er. h o lMe h fc lEn i e rn,S a d n iest. ia 5 061 Ch n l、 i, ia)

A sr c: hsat l i e n enn ed s n o e s u t r o b aiemir— a r e ma hnn ytm a c r igt b ta t T i r ce s o c i i t e i f h t cu e f rs c w t t c iigs s c odn i ’ gh g t r a v o e j e osi h m, n h p i a i fi c i i g t t n c I s s d t i tp e i a p o u t mi o t e ( o t e su y o t ia i i g me h n s a d t e o t z t n o s ma h nn e h i . ti u e o d r c a t‘l r d c in h t d fi l( n n c a i.

il x e c t e a p i ai n o h h a ie Mi r一 a e J t t‘ e t n l h p l t f e A r sv ( o l l e . ll ( o t -

Ke o d: l(o w tr e: ba i; o z vtn:J ( iigt( n y w r s li— a t a r s e n z l s s l r n i l r e i

v e e l hn a eh c

1前

言

高水射流是近几十年来得到迅速发展的一项新技术，为清洗、作切割、碎 I,射流具有其独特的优越破：水

件一近年来 .随着大型化、能化、化的高压水射流装智专用备的迅速发展 .技术已渗透到众多应用领域：一般机该从械零件、筑物的清洗到以管道、束、器为主的 I,建管容 -l . k清洗；机场跑道除胶到船舶除锈；金属、金属板材从从非

切割到曲面仿形切割；水力采煤到开采岩 7;喷射注从了从浆到破碎路面；从九刀手术到水幕电影、降尘、喷泉随着制造技术的不断发展，对零部件的尺寸精度和表而质量要求越来越高一一些大型和普通零件的表面抛一

喷头是磨料水射流技术应用中获得高能量利用率的关键素之一，水射流系统中把水压能转变为动能的是种装置：通过喷头能将管路中高压而流速小的水流转化成为低、高流速的水射流 .因此喷头的性能直接影响

光.『 n以通过一些传统的表面光整方法来实现，如表面抛、

研磨等=r .于一些小型、型零件， f是对 I微如仪器仪表、

射流的质量：喷嘴材料必须具有高硬度、耐磨性，高两苦缺一不可。钻基碳化钨硬质合金硬度高，耐磨性好。除此之外，喷嘴也常用人造宝，陶

隈疗器械、微通道以及难加 I 材料的表面很难用传统的

方法来实现 .】,f『此 n以用精密磨料微水射流J -的法太 JI I:]来实现：

高压水射流尤其是高压磨料水射流￣ -技术比较成[I I:

熟，用十分广泛 .是，密磨料微水射流加。刚起 但精刚步，很少有资料介绍有关磨料徽水射流加]机理、丁 r 加 艺和加 1系统方面的研究： 2精密磨料微水射流加工基本原理及加工系统2,磨料微水射流工作原理 .

瓷等耐磨材料制作。如罔 2,喷头系统是水射流设备的重要部件，最终形成水射它流 1况 .时 .制约 同又

精密磨料微水射流是将 _业用水加乐至 0~ 0 a I . l . 3 MP纯水喷嘴流 I彤成水射流 .混合室中混入磨料粒子 1【在.

水射流

作为载休经混合管使瞻料粒子加速形成磨料

着系统的各个部件，它的功能足把罱能器提供的静压转换为水的动力，让射流具有优良的流动特性和动力特性

水射流，,f I面进 i加 I,提高加精度和表而 X, Y1表￣ 1微：以质的一种加 r术： 技22磨料微水射流加工系统 .

从有效射流作业和节能降耗的角度来看 .较想的喷头系统成符合以下要求：

它=要有供水系统、料供给系统和喷头系统组成， E磨如罔 1永昕

( )嘴喷射的水策应将力能有效地转化为射流 1喷表面的喷射力，力损失小 .量集中，流稳定；乐能射

机械工程师 20年第9 21 06期

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. () 2喷头系统能够满足最佳工艺要求，能够实现多次 32力学模型高速水射流破坏材料的过程是一个动态断裂过程， 切割、角度切割等；

如等 ( )头系统不易发生堵塞，其磨料吸人流畅、 3喷尤均对脆性材料 (岩石 )主要是以裂纹破坏及扩散为主；匀，易于加速； () 4具有高耐磨性，尤其关键部件如喷嘴、速管等，加 耐磨性要好，证精度，高；以保寿命 ( )头系统各部件易于加工、造、测、配， 5喷制检装易磨损件便于更换。 2 -磨料供给系统 .2 2对于低压小型磨料水射流系统 ( nri e t统 ) E t n n系 am, 磨料的供给和控制是主要问题。由于磨料微射流加工是一

而对塑性材料符合最大的拉应力瞬时断裂准则，即一旦材料中某点的法向拉应力达到或超过某一临界值时，该点即发生断裂。据弹塑性力学，态断裂强度与静态根动断裂强度相比要高出一个数量级左右，主要是因为动态应力作用时间短，材料中裂纹来不及扩展，因而这个动态断裂不仅与应力有关，与拉伸应力的作用时间相关，还其力学模型主要表现为断裂力学模型、微切削和剪切变形模型、速碰撞模型。高() 1断裂力学模型

种微加工和精整工艺，在原来尺寸精度不变的情况下

仅提高表面质量，对磨料的喷射次数和喷射量应严格

控式精密磨料供给系统。系统由一个微供给输入装置、该一

图 5显示了磨粒碰撞应力分布情况，由于碰撞速度

制，否则，影响表面质量。会因此，研制一个可控制的间歇极高，材料变形极小，主要以脆性断裂为主。

个磨料箱、一个压力气体供应装置(高压气源，压力调节阀和过滤器 )个高速电磁单向阀和其控制装置组成。,一 该电磁阀的开关频率可达到 10 z 0 ,用计算机或单片机 H控制来改变开关频率、时间和开关次数。磨料供给开关其量可控制到 02mg以内。 .

2 .压力供给系统 .3 2如图 3由于磨料微水射流需要的压力较低 (般0 5 ,一 .~ 1 M a,流所需压力由气液转换器来实现。压缩空气 0 P )射推动大活塞往复来回移动，由气液转换器将气压转换为液压。水系统先对水进行净化处理，供并加入防锈添加剂等，然后由单向阀进入气液转换器增压。液增压器出来气的水由单向阀进入蓄能器。如果将压力水直接送到喷嘴， 是脉动的，而且这对管路系统产生周期性振荡，获得稳为定的高压水射流，常在增压器和喷嘴回路之间设置一蓄能 (压 ),除水压脉动，到恒压之目的，脉动量恒器消达将控制在 5%之内。

( )切削和剪切变形模型 2微当磨料以一定角度接触被加工表面时，其力学模型与切削力学模型相似，被去除材料也经过弹性变形、塑性

断如。在喷嘴处高压水与磨料混合。喷嘴出来的射流压力将会变形、裂三个阶段，图 6

3磨料微水射流加工机理3J磨料的加速过程 .

磨粒加速过程研究对改进磨料喷嘴的设计，模型化评价和改进磨料水射流加工有重要 …… 此处隐藏：5818字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……