磨料水射流切割工艺参数的确定

水射流技术简述(最终版)水射流技术是一种应用高速的水流进行切割、清洗和精加工的新型工艺技术。

该技术它可以利用高速、高压的水流直接切割材料，不需要任何热源或化学物质，具有高速、高效、高精度、环保等特点。

水射流技术可以用于各种材料的切割、打孔、雕刻、清洗、去毛刺、去油漆、去锈等，适用于航空、航天、汽车、轮船、冶金、环保、电子、建筑、石材、金属加工等领域。

水射流技术的原理是利用高速的水流，采用高压泵将水压力增加到3000-6000bar，然后通过高压软管输送到水射流切割头，通过射流嘴使水流加速达到难以想象的速度。

水射流除了水流速度的快慢外，还可以通过水流压力的变化来调节出对材料的不同切割、清洗、去毛刺等要求的强度。

水射流技术主要有两种方式：纯水射流和研磨水射流。

纯水射流是指只使用清水进行射流加工，主要用于切割软质材料，如橡胶、泡沫、塑料、木材、食品等。

研磨水射流则是在加工过程中，加入一种或多种磨料，以提高磨削能力，适用于硬质材料的加工，如金属、石材、陶瓷等。

水射流技术与传统工艺相比，具有以下优势：1、切割精度高。

水射流技术不会在加工过程中产生变形或热损伤，因此可以获得高精度的切割效果。

2、适用范围广。

水射流技术可以加工各种硬度不同的材质，如硬质合金、石头、金属、陶瓷等。

3、环保无污染。

水射流技术不需要任何化学物质，不会产生污染，是一种非常环保的工艺技术。

4、加工效率高。

水射流技术加工速度快，可以满足高效率的生产要求。

5、加工成本低。

与传统工艺相比，水射流技术不需要额外投资新设备，可以利用原有的加工设备，因此可以降低成本。

水射流技术在各个行业中都有广泛应用。

比如，在航空工业中，可以用水射流技术对飞机的发动机、燃气轮机、涡轮叶片等进行清洗和修复，以提高其工作效率和寿命。

在汽车制造中，可以利用水射流技术对车身进行切割和打孔，还可以对发动机进行清洗、去毛刺等操作。

在建筑行业中，可以利用水射流技术对石材漏洞、贸易内部和边角等进行加工，还可以对混凝土进行清洗和去污。

高压水射流加工技术在陶瓷切割中的应用研究引言：陶瓷切割是一项具有挑战性的任务，传统的切割方法往往会导致陶瓷材料的破损和损坏。

然而，高压水射流加工技术作为一种创新的工艺手段，具有非常广泛的应用潜力。

本文将研究高压水射流加工技术在陶瓷切割领域的应用。

一、高压水射流加工技术的基本原理高压水射流加工技术利用高压水射流对陶瓷材料进行切割。

该技术的基本原理是在高速流体动能的作用下，将陶瓷材料撞击并切割，从而达到切割目的。

高压水射流的优势在于其切割过程无热变形、无化学反应以及对环境无污染。

此外，通过调整水射流的压力和速度，可以实现对陶瓷材料的精确控制切割。

二、高压水射流加工技术在陶瓷切割中的应用研究1. 切割效果的研究研究表明，高压水射流加工技术对于陶瓷的切割效果非常显著。

射流的高速冲击力可以有效地穿透陶瓷材料，实现快速而准确的切割。

与传统方法相比，高压水射流加工技术能够实现更加平整的切割边缘，并且减少陶瓷材料的损伤和破损。

2. 工艺参数的优化研究高压水射流切割的效果与工艺参数密切相关，因此优化工艺参数对于提高切割质量至关重要。

研究者通过调整水射流的压力、速度和角度等参数，找到了最佳的切割条件。

一些研究发现，采用较高的射流压力和速度可以提高陶瓷切割的效率和质量。

3. 表面质量的改善研究高压水射流技术切割陶瓷时会引起一定的表面损伤。

为了改善陶瓷切割的表面质量，研究人员尝试使用添加剂和改变射流参数等方法。

实验证明，添加剂（如磨料）可以使切割表面更加光滑，同时还能提高切割速度。

此外，优化射流参数，如减小射流角度和增加射流速度，也可以提高陶瓷切割表面的质量。

4. 加工效率的研究高压水射流技术以其高效的切割速度受到广泛关注。

研究人员通过改变射流参数，发现射流速度和压力的增加可以显著提高切割效率。

此外，还可以通过增加喷嘴数量和改变其排列方式等方式来进一步提高加工效率。

三、高压水射流加工技术在陶瓷切割中的优势和局限性高压水射流加工技术在陶瓷切割中具有以下优势：1. 高效性：高压水射流切割速度快，能够在短时间内完成切割任务。

基金项目:“十四五”国家重点研发计划(编号:２０２１YFB３４０１５０３)作者简介:曲玉栋(１９８９—),男,合肥通用机械研究院有限公司工

程师,学士.EＧmail:quyudong１９８９＠１６３．com收稿日期:２０２３Ｇ０４Ｇ２７ 改回日期:２０２３Ｇ０７Ｇ１０

DOI:１０．１３６５２/j．spjx．１００３．５７８８．２０２３．８０３８７[文章编号]１００３Ｇ５７８８(２０２３)１１Ｇ０１０５Ｇ０５超高压纯水射流切割羊胴体试验Experimentsonsheepcarcasscuttingwithultrahighpressurepurewaterjet

曲玉栋QUYudong　韦志超WEIZhichao　张　的ZHANGDi　苏吉鑫SUJixin　陈正文CHENZhengwen　李　欣LIXin(合肥通用机械研究院有限公司,安徽合肥　２３００３１)(HefeiGeneralMachineryResearchInstituteCo．,Ltd．,Hefei,Anhui２３００３１,China)

摘要:目的:减少机械切割羊肉损耗.方法:采用龙门式超高压纯水射流切割平台,针对羊胴体的不同部位,选取不同的参数进行试验.对比切割效果、找出合适的切割参数并分析切割损耗.结果:针对常温羊肉、冷冻羊肉、羊排、羊脊柱、羊腿、羊颈部、剔骨取肉等几个方面进行了试验,明确了羊酮体不同部位、不同试验参数对切割效果的影响.结论:纯水射流切割对冷冻羊酮体的不同部位适应性不同,但均可以获得良好的效果而且损耗很小,对常温羊肉、羊腿、羊颈部等部位的切割效果不佳.关键词:超高压纯水射流;羊胴体;切割;工艺参数Abstract:Objective:Toreducelossoflambmeatdurin

g

mechanicalcutting．Methods:UsingagantryＧtypeultraＧhighＧpressurepurewaterjetcuttingplatform,differentparameterswereselectedfortestingaccordingtodifferentpartsofthelambcarcass．Comparedthecuttingeffects,identifiedtheappropriatecuttingparameters,andanalyzedthecuttinglosses．Results:Theexperimentswereconductedonseveralaspectssuchasroomtemperaturelamb,frozenlamb,lambchops,lambspine,lamblegs,lambneck,andboneremovalformeatextraction．Theeffectsofdifferentpartsofthelambcarcassanddifferentexperimentalparametersonthecuttingeffectwereclarified．Conclusion:Theadaptabilityofpurewaterjetcuttingtodifferent

水射流切削加工原理及其应用——先进制造技术概论学习报告姓名：王升勇班级：10机制一班学号：105302129摘要：水射流虽是很细的喷流，但是，单位面积上的加工能量却是极大的，在水射流中加入相应的磨料，形成水喷砂流，则喷砂切削碎岩的实用性就更强了。

关键词：高压水射流磨料加工原理：利用高压水射流技术加工各种金属和非金属材料的基本原理，冲击切削工件。

工艺特点：可以加工很薄很软的金属和非金属材料，不需要或易于二次加工，安全、环保，成本低、速度快、效率高，可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛。

水切割是目前适用性最强的切割工艺方法。

概述：一、技术及其比较1、超高压水射流技术利用超高压技术可以把普通的自来水加压到250-400Mpa压力，然后再通过内孔直径约0.15-0.35mm的宝石喷嘴喷射形成速度约为800-1000m/s的高速射流，俗称其为水箭，该水箭具有很高的能量，可用来切割软基性材料。

如果再在水箭中加入适量的磨料则几乎可以用来切割所有的软硬材料。

调整水射流的压力和流量，可以用其清洗各种物体，如除胶、除漆、除锈等，我们还可以利用超高压技术进行高压灭菌、食品保鲜等许多对人类有益的工作。

超高压水切割的特点可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工（除水切割外其它切割方法都会受到材料品种的限制）；切割时不产生热量和有害物质，材料无热效应（冷态切割），切割后不需要或易于二次加工，安全、环保，成本低、速度快、效率高，可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛。

水切割是目前适用性最强的切割工艺方法。

2、水切割与激光切割比较激光切割设备的投资较大，目前大多用于薄钢板、部分非金属材料的切割，切割速度较快，精度较高，但激光切割时在切缝处会引起弧痕并引起热效应；另外对有些材料激光切割不理想，如铝、铜等有色金属、合金，尤其是对较厚金属板材的切割，切割表面不理想，甚至无法切割。

目前人们对大功率激光发生器的研究，就是力图解决厚钢板的切割，但设备投资、维护保养和运行消耗等成本也很可观。

ｉｃｅｓ ｆｗ ｔ ｊｃｏ ｎ ｍｐｏ ｉｇｏｌｅｄｒｃｖｒ． ｃｒｉｇｔ ｏｉ ｃｎａｔ ｇｔｅｒ ｆｅａｔｉ ， ｎｒａｅｏ ａｅ ｉ ｅｔｒａｄｉ ｒｖｎ ｉ ｌ ｅｏｅｙ Ａｃｏｄｎ ｏｓｌ ｏ ｔ ｉ ｈｏｙｏ ｌ ｉｔ ｒｎ ｉ ｆ ｄ ｃｎ ｓｃｙ
ｍ ｃａｉ ｆａｒｓ ｅ ｅ ｓ ｔ ｇ ｉ ｓ ｄ ｄ ａｄｃｒ ｓｏ ｄｎ ｍ ｔ ｍ ｔ ａ ｍ ｄｌ ｓ ｓ ｂ ｓｅ． ｎ ｅ ｅｈｎ ｍ ｏ ｂａ ｖ ｔ ｌ ｔ ｓ ｔ ｉ ｎ ｏｒ ｐｎ ｅｔ ａ ｅ ａ ｃｌ ｏｅ ｉ ｅｔ ｌｈ ｄ Ａ ｄｔ ｓ ｉ ｊ ｏｉ ｕ ｅ ｎ ｅ ｈ ｉ ａｉ ｈ
ＹＵ ｎ ． ｈ ｎ ， ＺＨＡＮＧ ｏ ｇ １ Ｈｏ ｇ ｃ ｕ Ｙ ｎ ． ｉ
（．ｃ ｏ ｌ ｆ ｅｒｌｕ Ｅ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｃｈｎ ｉｅｓ ｙｏ ｅｒ ｌｕ Ｄｏ ｇ ｉｇ２ ７ ６ ， ｉａ ２ ｃ ｏ ｌ ｆ １Ｓ ｈ ｏ ｔｏｅ ｍ ｎ ｉｅｒｎ ， ｉａＵｎｖ ｒｉ ｆ ｔｏｅ ｍ， ｎ ｙｎ ５ ０ １ ｏＰ ｔ Ｐ Ｃｈｎ ； ． ｈ ｏ Ｓ ｏ Ｍ ｅ ｈ ｎｃ ｎ ｎ ｉｅｒｎ ， ｉｏ ｉｇ ｅ ｈ ｉａ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｆ ｘｎ１ ３ ０ ， ｉａ ｃ ａ ｉｓ ｄＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｌ ａ ｎｎ ｃ ｎｃ ｌ ｎｖ ｒｉ ， ｕ ｉ ２ ０ ０ Ｃｈｎ ） ａ Ｔ ｔ
Ａ ｓｒ ｃ：Ａ ｒｓ ｅｊｔ ｓａｊｔ ｏｍｅ ｙ ｍｉｅ ｆａｓ ｌ ａ ｕ ｔ ｆａ ｒｓ ｅｐ ｒ ｃ ｓａ ｄ ｗ ｔ ｉ ｗ ｌ ｂ ｔａ ｔ ｂ ａｉ ｅ ｒ ｄｂ ｘ ｒｏ ｍａ ｍｏ ｎ ｂａｉ ａ ｉ ｅ ｎ ａｅ Ｏ ｌ ｅｌ ｖ ｉ ｅｆ ｌ ｏ ｖ ｔｌ ｎ ｄ ｗｎ ｏｅａｒｓ ｅ ｅ ｓ ｔｎ ｃ ｎ ｌｇ ｓ ｉｈｙｎｗ ｔ ｈ ｏｏ ｙｆｒｏｌ ｌｐｏ ｕ ｔ ｎｉｃｅ ｓ，ｎｅｔ ｎ ｏ ｈ ｌ ｂａｉ ｔ ｌ ｔ ｇｔ ｈ ｏｏ ｙｉ ａｈｇ ｌ ｅ ｅ ｎ ｌｇ ｉｗｅｌ ｒｄ ｃ ｏ ｒａｅ ｉ ｃ ｏ ｖ ｊ ｏｉ ｅ ｃ ｏ ｉ ｎ ｊ ｉ

图１ 磨料水射流切 割机 系统简 图
（ 一 压 力 表 ；２ 五 通 阀 ；３ 引水 管 路 ；４ 混 合 １ 一 一 一 腔；５ 一磨料罐 ；６ 喷嘴；７ 一 一切割试件 ；８ 一节 流阀。）
件材料 的热损 失 ，可 以减少铸 件 的后 继工序 的加工量 。另
外 ， 由 于 水 射 流 属 于 点 切 割 ， 无 接 触 切 割 ，尤 其 是 沿 进 给
２ ２设 计技术参 数 ．
工 作 压 力 ： 最 大 ３Ｍ ａ 喷 嘴 直 径 ： １ｍ 喷 嘴 材 质 ： ０ｐ ， ｍ，
方 向和侧 向，切割反 作用力小 ，从而避 免 了铸 件 由于 附加 应力 而 产 生 的变 形 。高 压水 射 流还 具 有 不产 生 粉尘 ，环 保；切 口质量好 、切割速 度快 ，没有火 灾危 险等优 点。 由 于水射流 的最 终执行机 构是切 割头 ，其 余均为 辅助单元 ， 因此 ，利 用高压 软管将切 割头和 辅助设 备分开 ，可 以远 距 离 、独立 、灵活地使用 “ 。
切 割 有 诸 多 弊 端 。首 先 ， 火 焰 切 割 时 易 产 生 切 口上 缘 熔 化 变 形 、 挂 渣 不 易 清 除 、 后 拖 量 增 加 等 现 象 ；其 次 ，火 焰 温
流经高压软管到切割喷嘴，通过调节泉 的压力、磨料供给量 和靶距和试件 的横移速度 ，便 可达 到不 同精度的切割要求。 当试件 切割完 毕，先将 磨料浓度 调节 阀和 高压水 截 『阀关 ｝ ： 闭，对 管路进行清理后再关闭高压泵 。磨料事先从磨料 罐的 项部加 到其 内部 ，磨料在其 自身重力 的作用下落到磨料罐底
或铸态并去应 力处理后硬度在４０Ｂ ５ Ｈ 以上 ， 多用 于抗 磨 损 的
作过程 当中，先将磨料罐 内加满磨料和水并密封好，然后启 动高压泵 ，经过几秒 钟后再打开高压水调 节阀８ ，通过调节

预 测 的 切 割 质 量 更 准确 ， 好 地 满 足 加 工 需要 。 很
关键词 ： 料水射流 磨
切 割质 量 网络 模 型
文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ０— ９ ８ ２ １ ）７—０ ３ ０ １０ ４ ９ （０ ０ ０ ０ ７— ３
中 图分 类号 ：Ｈ ６ ；Ｇ ６ Ｔ １ １Ｔ ６ ４
景 。 因其 流 态 的特 性 ， 得 切 割 质 量 存 在 一 些 缺 陷 。 了提 高 工件 表 面 质 量 和 生 产 效 率 ， 优 化 选择 切 割 工 艺 参 数 组 合 但 使 为 在 的基 础 上 ， 得 大量 实验 数 据 ， 图 建 立 能 够 精 确 预 测 切 割 质 量 的 网 络模 型 。 过 程 序 对 模 型 拓 扑 结 构 的 改 进 ， 得 模 型 获 试 通 使
收 稿 日期 ：０ ０ ３ ２ １ 年 月
１ 磨 料水射流工艺
１ １ 试 验 设 备 切 割 原 理 ．
本 文 研 究 的 是 由瑞 典 生 产 的 双 喷 头 磨 料 水 射 流 设 备 ， 图 ｌ 示 。 先 用 液 压 泵 对 经 过 滤 的 自来 水 增 压 ， 如 所 首
使 水 压 达 到 近 ４ ０ ＭＰ ， 高 压 管 道 输 送 ， 应 用 液 体 ０ ａ 由 即
磨 料 水 射 流 （ Ｗ Ｊ 是 ￣ ２ １ 纪 ８ 年 代 发 展 起 来 的 Ａ ） ｏ１ ｔ ０
一
通 过 多 次 的尝 试 和 调 整 ， 能 推 理 出应 该 采 用 的 较 合 理 才 的 工 艺 参 数 。 了 解 决 这 种 工 艺 参 数 选 择 的不 科 学 性 ， 为 需 要通 过 做实 验 ， 立磨 料 水射 流工 艺参 数选 择 、 化 确 优

Ｗ ＡＮ Ｇ ｏ ｇ— ｕ ＧＯ ｂ Ｌｉ— ａｎ ， Ｈ ｎ ｆ ｎ。 Ｇ ｅ ｈ ｇ Ｇ ｕ ｎｇ— ａ ａ ｈｕ
（ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｉｓ ｉ ｔ ｆＣｏ ｐ ｆＥｎ ｉｅｒ ，ＰＬ Ｕｎ ｖ ｆＳ ｉ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｎ ｔｔ ｅｏ ｒ ｓｏ ｇｎ ｅｓ ｎ ｕ Ａ ｉ．ｏ ｃ．＆ Ｔｅｈ． ｃ ，Ｎａ ｊ ｇ ２ ０ ０ ｎｉ １ ０ ７，Ｃ ｎ ｎ ｈｉａ）
ｎ ｚｌｓ ｕ ｅ ｎ ＰＭ ＡＨＰＷ Ｊ （ ｒ — ｘ ｄ ａ ｒ ｓｖ ｉｈ ｐ ｅ ｓ ｒ ｔｒｊｔ ｑ ｉ ｍｅ ｔｗａ ｐ ｉ ｉｅ ． Ｔｈ ｏ ｚｅ ｓ ｄ ｉ ｐ ｅ ｍｉ ｅ ｂ ａ ｉｅｈ ｇ ｒ ｓ ｕ ｅ ｗａｅ ｅ ）ｅ ｕｐ ｎ ｓ ｏ ｔ ｚ ｄ ｍ ｅ
点工 作 ， 嘴 的完 善 是 成套 设备 技 术 水平 提 高 的重 喷
中图分 类号 ： ＴＨ１ ７ ３
文 献标识 码 ： Ａ
Ｎｕ ｍｅｒｃ ｉ ｉ ａｌｓ ｍｕｌ ｔｏ ｆｐｒ ｍ ｉ ｅｄ ａ ａｓ ｖ ｉ ｈ ｐｒ ｓ ｕ ｅ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ— ｘ ｂｒ ｉ ｅ ｈ ｇ ｅ ｓ ｒ
ｗａ ｅ ｔ ｕｔ ｇ ｎ ｚ ｌ ｔ ｒｊ ｔｉ ｏ ｚｅ ｅ ｃ ｎ
摘
要 ：为 了延料 高压水 射流 的喷 嘴结 构进 行 提 对
了优 化 设 计 。 用 Ｃ Ｄ 软 件 对 几 种 典 型 喷 嘴 的 内部 流 动 进 行 了数 值 模 拟 和 仿 真 ， 到 了 压 力 分 布 图 、 度 分 利 Ｆ 得 速
布图、 紊动 能分 布图及 轴线上 轴 向速度 图等仿真 结果 。对仿 真 结果 进行 了对 比分析 。 出了结 构 型式较好 的 得
喷 嘴 ， 耐 久 喷 嘴 的 研 制 提 供 了依 据 。 别 用 ３种 喷 嘴 做 了 一 系列 的 试 验 ， 与 仿 真 结 果 进 行 了对 比 ， 明仿 为 分 并 证 真结 果是 准确 的。 关 键 词 ：前 混 合 ； 压 水 射 流 ； 高 内部 流 动 ； 真 ； 嘴 仿 喷

无火花切割工具的原理
无火花切割工具的原理主要基于水射流切割技术。

水射流切割是一种高速水流通过喷嘴产生高速射流，并在射流中加入一定量的磨料或切割液，以达到切割金属或其他材料的目的。

无火花切割工具的工作原理如下：
1. 准备工具和设备：无火花切割工具通常包括喷嘴、切割头、水泵、切割液循环系统等部件。

此外，还需要一台适当的控制系统来调节切割参数。

2. 设定切割参数：根据所切割的材料和切割深度，调整水流量、切割速度、喷嘴压力等参数。

这些参数的设置会影响切割效果和切割速度。

3. 开始切割：将喷嘴紧贴待切割的工件，并启动水泵。

通过高压水流和切割液的喷射，高速水流携带磨料或切割液冲击工件表面，使其产生热量和机械应力，从而达到切割的目的。

4. 切割液循环：在切割过程中，切割液起到冷却、润滑和排除切屑的作用。

切割液从切割头喷射到工件表面，然后流回切割液循环系统，带走热量和切屑。

5. 监控切割过程：通过控制系统监测切割过程，调整切割参数，以确保切割质量和效率。

无火花切割工具的优点在于其切割过程无火花，降低了火灾和爆炸的风险，适用于易燃易爆场合。

此外，无火花切割工具还具有切割速度快、切割质量高、适用范围广等优点。

应用领域
汽车工业 航天工业 石材及陶瓷业 造纸业 食品业
应用领域
(续)
应用领域
(续)应用领域Fra bibliotek(续)应用领域
(续)
应用领域
(续)
应用领域
(续)
性能
加工精度：0.002mm～0.2mm 切缝宽度：0.1mm～1mm （WJ） 1mm～2mm （AWJ）
切割速度 (mm/min) 切割材质 切割材质厚度 10 mm 20 mm 1,650 2,600 5,500 ...1,070 740 1,170 480
3.8 水射流切割加工 一、水射流切割原理
水射流切割是利用高速、高压的 液流对工件的冲击作用来去除材料的。 使水获得压力能的方式有两种： 一种是直接采用高压水泵供水，压力 可达35～60MPa;一种是采用水泵和增 压器，可获得100～1000MPa的超高压 和0.5～25L/min的小流量的水流。
二、水射流切割的特点 ① 常温切割，材料无结构变形和热变形。 ② 切割力强，可切割180mm厚的钢板和250mm厚的钛板等。 ③ 切口质量较高，切口表面平整光滑，无毛刺，切口公差可 达±0.25～ ±0.06mm，切口宽度可达0.015mm，节省材料。 ④ 操作灵活方便，可在任何部位进行切割，特别适宜复杂工 件的切割。 ⑤ 属湿性切割，无屑沫飞溅，工作环境清洁卫生。
276.86 187.45 183.38
169.92 115.06 112.52
117.3 251.2
198.1 423.41
263.14 562.35
161.54 345.18
⑥ 设备价格昂贵，水射流喷嘴磨损严重，需经常更换。
三、水射流切割的应用 ① 广泛用于汽车、造船、航空航天等行业切割钢板、塑料、 石棉、橡胶及各种复合材料等。 ② 用于铸造厂、锻造厂清理毛坯表层的型砂和氧化皮。 ③ 还可对高硬的金属材料及非金属材料进行车削、铣削和钻 削等。

１ ２ 实 验 材 料 ．
保 持 喷嘴横 移 速度 （ ０ １ｍｍ／ ｎ ｍｉ）和喷距 （ｍｍ） ２ 恒 定 ， 料 流量 ４ ｇ ｍｉ 磨料 采用 ０ ２ ． ｍｍ 的石 磨 ５ ／ ｎ， ． ～０ ３ 英 砂 ，进 行标 准铝 板切 割深 度 与泵 压的关 系实 验 ，结 果见 图 １ 。由图 １ 见 ：随泵压增 加 ， 可 射流 的切 割深 度 线 性增 加 ；射 流切 割存 在一 个 门限泵 压 ，从实 验 曲线 看 ， 准铝板 切 割 的门限 泵压 在 ３ ＭＰ 左 右 ． 于该 标 ３ ａ 低
关 键 词 ：聚 合 物 ；添 加 剂 ；射 流分 类 号 ：Ｔ ２ ８ Ｅ ４
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ： １【 —８ ０ （０ ２ ３０ ０ —２ （］ ０ ９ ２ ０ ）０ — ０ ４ ０ ）１
磨料水 射 流技术 自从 上世 纪 ８ ０年 代 出现 以 来 ． 一 直是 水射 流技术 研究 和应 用 开发 的重要 方 向 。 近年 来 ． 超 高压磨 料水 射流技 术 占据 了水 射流 切 割技术 应用 的 大部 分市 场 。国外对 超 高压磨 料 水射 流切 割技 术 的研
者 利用 ３ ０ ａ超 高压增 压 系统 ，对 超高 压后 混合 磨 ０ ＭＰ 料射 流和 高 聚物添加 剂 磨料 射流 的切 割破 碎规律 进 行 了实验研 究 ，为超 高压 磨料 射流 切割 钻井 技术 应用 提 供 了依 据和指 导 。
２ 实验 结 果 及 分 析
当射 流喷 嘴确 定后 ．射 流破 岩切 割 的效果 主要 受 水力参 数 （ 动泵 压 ） 驱 、射流 介质 （ 流体 的物理 及 力学 指 标 ，磨 料 的种类 、粒 度 和形状 ）和控 制参数 （ 横移

所选择的无缝钢管的规格为 １４ １ ， ： ＝ ９ ｘ７Ｋ
＝ ２ １ ８１ ７ １ ∈（ ，８ ） ． ． 。 ０
磨料罐加工完成后 ， 必须做水压实验 ， 还 以确保其安全性。 ３ ３高压 管路 在磨料水射流中 ， 颗粒 的雷诺数 Ｒ ＞ １ 阻力系数 Ｃ ≤０４ ， 以 ｅ ＞ ０， ． 所 ５ 为保证颗粒在管路 中始终处 于悬 浮状 态 ， 根据固液两相流理论可知 ， 沉
因 孚 ＝，有 Ｄ。Ｉ ，Ｄ 一 值 人 为 Ｄ Ｖ ｝ ＤＶ即 ， Ｈ 则 ５＝ ＝ ， 代得 将
Ｄｉ ＝ ４ ５ｌ－ ｘ１ ｘ Ｏ ３
一
：１ ６ ３ ｍｍ ５ ．２
取 Ｄ＝ ６ ｍｍ， ５ ８ ０ ｍ １０ Ｈ＝Biblioteka Ｄ＝ ０ ｍ式中 ： － Ｄ
磨料罐内径 ， ｌ ｉｌ ｎｌ
故采用前混合式磨料水射流切割系统 ， 其具体结构 如图 １ 所示 。
科技信息
高校 理科 研 究
熄矿并下磨料水射流切 割棚羽 设计研 究
中国矿 业 大 学（ 州 ） 徐 电力工程 学 院 董 自信 夏 爽 陆峰峰 赵 棒 李 飞虎
［ 摘 要］ 本文在煤矿 井下高瓦斯等危险环境 中， 基于水射流“ 切割 的特性 ， 计 了一种前混合磨料水射流切割机 系统 ， 冷” 设 分析 了使 用该切割 系统 的安全性 ； 出了切割 系统的设 计原理和设计要 求， 提 对主要设计参数进行 了分析计 算。切割 系统安装调试的正常运行
Ｉ一 三通 阀 ｌ
代数 ８葛 ０６ １ｍ 人据＝ ：３１ ６ｍ ｘ ０：． ２
取 ８ ７ ｍ ＝１ ｍ
经强度校核后满足强度要求 。故高压磨料罐的结构尺 寸为：
Ｄ ６ ｍｍ 、 ＝１ ｍｍ、 ＝Ｄ．２ ＝１ ４ ｍ 、 ＝１ ０ ８ ７ Ｄｏ ＋ ８ ９ ｒ ａ Ｈ＝５ ＝８ ０ Ｄ． ０ ｍｍ

超高压水刀的基本技术既简单又极为复杂。

当水被加压至很高的压力380mpa-430mpa，并且从特制的喷嘴小开孔(其直径为1.0mm至0.5mm)通过时, 可产生一道每秒达近千公尺(约音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各种软质材料包括食品, 纸张, 纸尿片, 橡胶及泡棉，此种切割被称为纯水切割。

而当少量的砂如石榴砂被加入水射流中与其混合时, 所产生之加砂水射流, 实际上可切割任何硬质材料包括金属, 复合材料, 石材及玻璃。

这是一种非常独特先进的冷切割，而且可由电脑程序控制。

在竞争日益激烈的水切割行业，很多用户未能合理使用石榴砂，主要原因：其一，可能没有这种意识和理念，未能意识到石榴砂在整个切割过程中的重要性。

其二，可能是因为使用石榴砂会产生一定的成本。

其实石榴砂成本只占整个工程成本的很小一个部分，若因没有正确使用高品质的石榴石在切割过程中出现问题，导致切割中断，切割失败，造成的损失（包括时间、金钱、产品、设备）将大大超过花在购买高质量的石榴石所花去的钱。

高质量的石榴石不仅可以满足切割需要，还能避免问题。

合理地使用石榴砂，可以使水刀发挥更好的性能。

切割性能稳定的石榴砂不会堵砂管，保持连续不间断的生产工作，达到最佳的效率和最低的生产成本。

因此，合理地使用高质量的石榴砂是水切割过程的关键,甚至有人做过这个比喻：“如果水刀是水切割的骨架的话，石榴砂磨料就是水切割的血液。

”了解砂石榴砂的种类：1、海洋沙滩石榴砂，铁铝纯度达到99%，单晶体圆润，纯净，切割流畅，矿区规模大供货规律，加工处理严格专业。

2、岩石破碎的石榴砂,有内部裂纹，含绿辉石，棱角锋利，含杂质，纤维，周期性不规律，加工不考究，露天晒干。

衡量石榴砂好坏的标准有几个指标：1、切割效率；2、是否堵砂管；3、对设备的损耗。

1．切割效率好的砂的种类为海砂（单晶体，圆润），区别于国产的岩石破碎砂（棱角锋利），砂质纯净，切割稳定，圆润的单晶体结构保证切割面的平整，在切割玻璃过程中爆边率极低。

日益广 泛 ， 的独特 应 优 越 性 越 来 越 多 被 业 界 人 士 它
所 认 同 ： 型 的冷 加 工工 艺 、 典 优越 的选 择 切 割或去 除
特性、 “ 废” 无 三 产生 的 绿 色工 艺 等 。磨 粒水 射 流 是 在 高压水 射 流 的基础 上应 脆 硬材 料 的切 割机 构而 发 展 的新 技术 ， 既在 高 压水 射流 的后 端 混入 磨 料 ， 不 它
例
采 用 二 维数 控 工作 台移 动 ， 粒水 射 流 切割 头 磨 固定 的机 型设计 ， 活 的 二 维数 控 可 以 加工 出各 种 灵 复 杂 图形 或 图案 。 加 工 起 点 可 以 是 板 材 的 任 何 位 置， 即使从 材料 中央开 始 切 割 也不 需 象 电 火 花 线切 割 那样 需要 预 孔 。 图 ４是高 压水射 流切 割 陶瓷 等脆 硬材 料 的应用 示 例 ， 中图 ａ采 用 ８ ＃ 化 铝 磨 料 切 割 的 陶 瓷 月 其 ０氧 亮 图 案 和大理 石打 孔加 工 。图 ｂ是切 割 的茶 色玻 璃 北 极 熊 图案 。图 Ｃ 加 工 陶瓷 薄 片 的青蛙 图 案 。图 是 ｄ是加 工厚 度微 ２ ｍ 的大 理 石 椭 圆 图案 和 中 间开 ０ｍ 槽 图案 。
仅 能有效 切 割 陶瓷 、 大理 石等 常用 脆 硬材 料 ， 还可 以
切 割 比普 通 磨料 还硬 的脆 硬 材料 。 图１ 常 见 的 磨 粒 水 射 流 系 统 的形 成 原 理 ， 是 系
蓄能器
图 １ 磨 粒 水 射 流 （ ＷＪ 的 系 统 原 理 及 设 备 实 物 图 Ａ ）
收 稿 日期 ： ０ ８— ４— ４ ２ ０ ０ ２
作 者简介：伍妍菲 （９ ６一） 女 ， １６ ， 助理工 程师 。

水射流加工技术及其应用水射流加工（Water Jet Machining ）又称为液力加工、水喷射加工或液体喷射加工，俗称“水刀”，主要靠液流能和机械能实现材料加工。

水射流加工是20世纪70年代发展起来的一门高新技术，开始时只是用在大理石、玻璃等非金属材料的加工，现在已发展成为切割复杂三维形状的工艺方法，在国内外得到了广泛的应用。

目前在机械、建筑、国防、轻工、纺织等领域，正发挥着日益重要的作用。

1. 加工原理及其特点（1）加工原理水射流加工是利用高速水流对工件的冲击来侵蚀材料的，如图1所示。

储存在水箱中的水或加入添加剂的水液体，经过过滤器处理后，由水泵抽出送至蓄能器中，使高压液体流动平稳。

液压机构驱动增压器，使水压增高到70～400MPa 。

高压水经控制器、阀门和喷嘴喷射到工件上的加工部分，进行切割。

切割工程中产生的切屑和水混合在一起，排入水槽。

（2）主要特点水射流加工使用水作为工作介质，是一种冷态切割新工艺，属于“绿色”加工范畴，它可以加工各种金属、非金属材料，各种硬、脆、韧件材料，无法且具图1 水射流加工装置示意图工件有其他工艺方法比拟的技术优势：①切割时工件材料不会受热变形，切边质量较好：切口平整，无毛刺、切缝窄、宽度为0.075～0.40mm。

材料利用率高，使用水量也不多（液体可循环使用），降低了成本。

②加工过程中，作为“刀具”的高速水流不会变“钝”，各个方向都有切削作用，因而切削过程稳定。

③切割加工过程中，温度较低，无热变形、烟尘、渣土等，加工产物随液体排出，故可以用来切割加工木材、纸张、弹药等易燃、易爆材料及制品，这是其它加工方法无法取代的。

④由于切割加工温度低，不会造成火灾。

“切屑”混在水中一起流出，加工过程中不会产生粉尘污染，因而有利于满足安全和环保的要求。

⑤加工材料范围广，既可以用来加工非金属材料，也可以用来加工金属材料，而且更适宜于加工切割薄的和软的材料。

⑥加工开始时不需要退刀槽、孔，工件上的任何位置都可以作为加工开始和结束的位置，与数控加工系统相结合，可以进行复杂形状的自动加工。

高压磨 料水射流水 下切 割不锈 钢 的实验研 究
吕仙镜 ，司丹丹 ，童 明炎 ，孙 胜 ，吴 晶 ，杨文华 ，张 平
中国核动力研究设计院 ，成都，６ １ ０ ０ ４ １
摘要： 采用高压磨料水射流切割装置 ，用 ３ 档切割压力 （ ３ ２ ０ 、 ３ ５ ０ 、 ３ ８ ０ ＭＰ ａ ） ，分别在 ２ 、５ 、８ ｍ ｍ 切 割靶 距和 ６ 种切割速度下 ，对不锈钢进行水下切割实验 。分析切割压力 、靶距 、切 割速 度等参数对切割厚度 的影响 ，建立基于实测数据 的半经验数学模型 。对获得 的实验数据进行分 析表明 ，切割压力 、靶距和速度与
割速度 （ ５ 、２ Ｏ 、４ ０ 、６ ０ 、８ ０ 、１ １ ０ ｍ ｍ／ ｍｉ ｎ）对
切 削速 度／ １ １ １ １ １ １ ・ ａｉ ｒ ｎ
图 ３ 相 同靶距 下压力 、速度与切割厚度 的关 系
Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｒｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｏ ｆ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ， Ｖｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｗｉ ｔ ｈ Ｃｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｔｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｔ Ｓ ａ ｍｅ Ｔａ ｒ ｇ ｅ ｔ Ｄｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ
收稿日 期： ２ ０ １ ２ ・ ０ ５ － １ ８ ； 修面＿ 日 期：２ ０ １ ２ ． ０ ９ ． １ ８
吕仙镜 等 ：高压磨料水射 流水 下切 割不 锈钢的实验研究
ｌ ６ ５
由净 化 系统进 行净 化处 理 。
２ ． ２ 实验 方 法
实验中被切割材料为 ０ ６ Ｃ ｒ １ ８ Ｎ ｉ Ｉ ｌ Ｔ ｉ不锈钢。
构件的退役切割。 反应 堆 堆 内构件 材料 以不锈 钢 为 主 ，材 料 厚 度从几毫米到 １ ０ ０ ｍ ｉ ｎ 不等 。高压磨料水射流切 割时 ，根据被切割体的厚度 ，需调整切割参数 ， 以达到最佳 的切割效率。本项 目采用 自行研制的 高压磨料水射流切割装置对不锈钢进行水下切割 实验 ，分析水淹没状态下高压磨料射流切割参数 对不锈钢切割性能的影响 ，并通过建立切割参数 数学模型 ，为反应堆退役切割过程中根据切割厚 度选取最优切割参数提供参考 。

４ ５ 退 火 钢 ≥６ ０ ０
Ｏ
５ Ｏ
８ ｏ
ｉ０ ０
１０ ２
１０ ５
切割 速度 ｖｍ ／ｉ） （ ｍｎ
图 ２切割速度与切割深度和切割效率的关 系曲线 一 Ｎ ∞ 三｛ 亘 碚簌 ６８ 晕 表 ３ 割 速 度 的影 响 切 切割速度（ ／ ｉ ） 一次切割最大深度（ｍ） 切割效率 （ ｍ￣ ｎ ｍｍ ｍ ｎ ｍ ｍ ／ ） ｍｉ
５ ０ ２ ３ ｌ５ １０
８ ０
１０ ０ １０ ２ ｌ０ ５
１ ８
ｌ ２ ９５ ． ７５ ．
１ ４０ ４
ｌ ０ｏ ２ １４ １０ ｌ２ １ ５ ，
切割性能实验利用实验室 自行设计 的煤矿井下磨料水射流切割系 统进行 ， １为其系统示意 图， 图 该系统主要 由泵站 、 料供给装置和切 磨 割 工 作 台三 部 分 组 成 。
ｌ
Hale Waihona Puke 考虑到煤矿井下切割的实际情况， 在此次试验中 ， 驱动压力 只做到 ３ＭＰ 。实验结果表明 ， ５ ａ 随着驱动压力的增大 ， 切割深度逐渐增加 ， 切割 能力亦逐渐提高 。因为在喷嘴尺寸和结构一定的条件下 ，射流压力越 大， 射流速度越高 ， 由于动能与速度的平方成正 比 ， 故射流的动能也随 之增大 ， 切割能力亦增强 ， 切割深度也随之增 大。也就是说驱动压力越 高， 射流 的切割能力就越强。 ３ ． 割 速 度 的 影 响 ２切 切割速度 即喷嘴的横移速度 ，它是一个 与切 割时间有关 的影 响因 素。 因此 ， 切割速度不仅会影 响切割深度 ， 还会影 响切割效率。 本次试验 主要考察切割速度（ 喷嘴横移速度 ） 对切割深度和切割效率 的影 响。其 中， 割效率 Ｅ 切 ：切 割 深 度 Ｈ×切 割 速 度 ｖ 。 试 验中切割速度 分别取 ５ 、０ １０、２ Ｏ ８ 、０ １０和 １０ ｍ ｍｎ五个等级 。 ５ｍ ／ｉ 驱动压力 ３ ＭＰ ， 割靶距 ｌｆｍ， ０ ａ切 ０ｉ 磨料 流量 ３２ ｇ ｎ 其切 割结果见 ｌ ．ｋ／ ， ｍｉ