高压水射流去毛刺技术的特征及应用

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1、高 压 水 射 流 去 毛 刺 技 术 的 特 征 及 应 用# 王 磊 # 王 旭 永摘 要 ： 高 压 水 射 流 去 毛 刺 技 术 是 利 用 水 力 喷 射 所 具 有 的 物 理 作 用 和 切 割 作 用 来 去 除 毛 刺 的 一 种 柔 性 加 工 工艺 方 法 。 这 种 工 艺 去 除 毛 刺 能 力 稳 定 ， 生 产 效 率 高 ， 易 于 实 现 光 控 、 数 控 或 机 械 手 控 制 。 该 文 全 面 介 绍 了 高 压 水 射 流 去 毛 刺 技 术 的 原 理 、 特 点 、 技 术 要 点 以 及 应 用 情 况 。关 键 词 ： 高 压 水 射 流

2、去 毛 刺 高 压 清 洗 机! #$%& $( ! #$ % &()*( +, -( .(- / (0*1# -(2$13*( ) , 45(605( &72()1# 8(-$7/ 47 / (0*1#9 (8 &57: 1# -$(? ! ! # $!流 体 密 度#体 积 流$水 射 流 的 平 均 速 度式 中由 流 体 力 学 可 知 ， 流 量 可 用 喷 嘴 的 出 口 截 面 积% 和 射 流 速 度 $ 的 乘 积 表 示 ， 即# $% D 另 外 ， 从 喷 嘴 喷 出 的 高 速 射 流 水 的 速 度 $ 可 用不 可 压 缩 流 体 的 伯 努 里 方 程 ， 根

3、据 总 压 力 算 出$ E D & F ! ? F D&流 体 喷 射 压 力将 式 D 、 C 代 入 式 ? 中 ， 得! ! $D % E D &% C 式 中 G 由 式 G 可 知 ， 从 喷 嘴 喷 出 的 水 射 流 冲 击 力 与 射流 速 度 的 平 方 及 喷 射 压 力 成 正 比 。 这 样 ， 在 喷 水 法 去 毛 刺 加 工 过 程 中 为 获 得 较 高 的 冲 击 力 ， 就 必 须 增 大 射 流 速 度 ， 或 采 用 较 高 的 喷 射 压 力 。毛 刺 具 有 三 个 要 素 ： 厚 度 、 硬 度 、 形 状 。 去 毛 刺 的 难 易 程 度 主

4、 要 取 决 于 毛 刺 的 厚 度 。 由 于 毛 刺 的 厚 度 不 同 ， 其 去 除 机 理 及 所 需 的 喷 射 压 力 也 不 同 ， 与 各 种 毛 刺 对 应高 压 水 射 流 去 毛 刺 技 术 的 分 析 ? 原 理 水 射 流 去 毛 刺 是 利 用 专 用 泵 把 水 或 含 有 ?A B CA 水 溶 性 油 的 水 加 压 后 ， 从 特 殊 设 计 的 喷 嘴 以 一 定 的 形 状 如 扇 形 、 锥 形 等 喷 射 出 去 ， 巨 大 的 冲 击 能 量 对 零 件 进 行 冲 击 ， 达 到 去 除 毛 刺 的 目 的 。 高 压 水 射 流 系 统 一

5、般 由 压 力 源 、 喷 嘴 及 其 控 制 装 置 以 及 连 接 它 们 的 高 压 管 路 和 其 它 附 属 装 置 组 成 见 图 ? 。水 从 喷 嘴 以 射 流 形 式 喷 出 时 ， 所 产 生 的 冲 击 力! ， 可 按 下 式 计 算!卷 第 期制 造 材 料的 喷 射 压 力 ， 通 常 有 以 下 一 些 规 律 ：! 当 毛 刺 的 厚 度 为 几 十 微 米 时 ， 其 形 状 呈 某 种 程 度 的 连 续 性 ， 仅 有 部 分 毛 刺 与 母 体 相 联 。 受 到 水 力 喷 射 时 ， 与 母 体 材 料 相 联 的 那 部 分 毛 刺 便 与 母 体

6、 分 离 ， 毛 刺 成 分 散 状 脱 落 。 所 需 压 力 为 ! # $% 以 下 ， 毛 刺 可 较 为 方 便 地 被 去 除 。 当 毛 刺 厚 度 为 数 百 微 米 时 ， 往 往 是 毛 刺 全 长 几 乎 都 与 母 体 相 连 ， 要 去 除 这 样 的 毛 刺 ， 就 必 须 使 水 的 喷 射 力 作 用 于 毛 刺 根 部 附 近 ， 使 毛 刺 从 根 部 折 断 ， 这 时 需 要 使 用 & # $% 左 右 的 压 力 。# 对 于 粗 加 工 时 产 生 的 很 厚 的 毛 刺 及 毛 刺 大 部 脱 落 后 根 部 残 留 的 毛 刺 ， 仅 靠 喷

7、射 力 不 能 去 除 毛刺 ， 而 与 喷 射 的 切 割 作 用 配 合 起 来 才 可 去 除 的 这 类 毛 刺 。 这 时 ， 需 要 采 用 # $% 以 上 的 高 压 ， 且 所 需 时 间 也 很 长 ， 目 前 一 般 不 用 。影 响 高 压 水 射 流 去 毛 刺 生 产 率 和 加 工 质 量 的 因 素 很 多 。 其 中 主 要 的 有 喷 射 压 力 、 喷 射 量 、 喷 嘴 尺 寸 、 数 量 和 位 置 以 及 零 件 和 喷 嘴 的 相 对 运 动 速 度 等 。 这 些 参 数 的 选 择 必 须 根 据 零 件 的 材 料 性 质 、 结 构 形 状

8、 和 毛 刺 特 征 来 决 定 ， 通 常 大 多 数 由 试 验 确 定 出 最 佳 参 数 值 。( ) * 喷 嘴 的 结 构 形 式! 对 于 深 孔 内 毛 刺 的 清 除 ， 长 矛 状 高 压 水 射 流 喷 嘴 安 装 在 ! 轴 方 向 上 ， 且 可 以 往 复 移 动 ( 图 ) * 。 对 于 交 叉 孔 可 用 直 线 形 喷 嘴 ， 用 扇 形 喷 嘴 可 用 于 零 件 外 表 面 毛 刺 清 除 ( 图 ! * 。# 以 高 于 + , - . /0 的 速 度 高 速 旋 转 的 多 头 喷 嘴 常 被 安 装 在 横 移 式 机 器 人 上 用 于 清 除

9、 较 大 的 磨 削 表 面 ( 图 1 * 。$ 为 清 除 较 大 的 枪 膛 类 零 件 ， 将 朝 向 不 同 方 向上 的 多 头 喷 嘴 组 合 在 长 矛 状 喷 嘴 上 ， 喷 嘴 头 在 前 进和 后 退 时 高 速 旋 转 ( 图 + * 。 因 此 ， 零 件 的 结 构 形 状 和 要 求 决 定 了 喷 嘴 数 量 、喷 射 形 式 和 喷 嘴 配 置 。 另 外 ， 为 使 喷 嘴 具 有 较 大 的 适 应 性 ， 可 做 成 活 动 式 喷 嘴 ， 并 在 一 定 范 围 内 具 有 较 大 的 可 调 性 。 根 据 零 件 结 构 形 状 和 尺 寸 大 小

10、 ， 可 采 用 零 件 固 定 不 动 ， 而 喷 嘴 移 动 或 转 动 ； 或 者 喷 嘴 固 定 不 动 ， 而 零 件 转 动 或 移 动 。 为 提 高 生 产 率 ， 可 配 置 多 头 喷 嘴 或 多 喷 管 式 可 动 喷 嘴 并 提 高 喷 嘴 耐 磨 性 ， 以 减 少 喷 嘴 更 换 时 间 。( ! * 适 用 范 围 高 压 水 射 流 去 毛 刺 实 际 上 是 一 个 柔 和 的 处 理 过 程 ， 适 合 于 去 除 松 散 的 毛 刺 、 轻 微 粘 附 的 磨 屑 、 抛 光 后 残 留 的 具 有 特 殊 边 界 形 状 的 毛 刺 ； 以 及 去 除

11、孔 内 毛 刺 ， 如 深 孔 、 盲 孔 、 小 孔 和 狭 缝 等 那 些 难 以 去 除 部 位 的 毛 刺 ， 同 时 不 会 损 伤 毛 刺 附 近 的 加 工 表 面 。 因 此 ， 它 特 别 适 合 用 于 除 去 较 大 尺 寸 易 折 断 的 毛 刺 ， 但 有 些 毛 刺 是 挤 压 成 型 的 ， 或 者 是 与 基 体 较 为 坚 固 地 连 在 一 起 ， 这 时 用 高 压 水 射 流 去 除 意 味 着 使 用 很 高 的 射 流 压 力 和 长 时 间 的 循 环 ， 很 不 经 济 。( 1 * 关 键 技 术! 由 于 高 压 水 射 流 的 压 力 很

12、高 ， 冲 击 力 很 大 ， 因 此 ， 除 了 必 须 紧 固 好 被 冲 击 工 件 外 ， 还 要 求 被 清 除 毛 刺 的 装 置 象 机 床 一 样 具 有 刚 性 导 向 装 置 ， 以 确 保 高 压 水 射 流 打 击 的 准 确 度 。 此 外 ， 整 个 作 业 要 在 一 个 封 闭 的 箱 体 内 进 行 ， 还 必 须 保 护 敏 感 零 件 免 遭 水 击 。 高 压 水 射 流 去 毛 刺 设 备 需 要 大 量 的 水 ， 为 使 水 在 一 定 时 间 内 能 够 循 环 利 用 ， 须 将 从 零 件 上 清 除 下 来 的 切 屑 、 油 污 、 尘

13、埃 等 杂 物 过 滤 出 去 。 通 常 可 采 用 以 下 方 法 进 行 ： * 纸 质 过 滤 器 ；) * 金 属 滤 网 过 滤 器 或 织 物 过 滤 器 ；! * 离 心 分 离 式 过 滤 器 ；1 * 塑 料 或 尼 龙 网 过 滤 器 等 。但 无 论 哪 一 种 类 型 的 过 滤 器 都 应 具 有 ! 2+ %. 的 过 滤 精 度 ， 以 保 证 水 的 质 量 。 水 经 过 滤 处 理 后 ， 虽 然 可 以 循 环 再 利 用 ， 但 经 过 一 定 时 间 后 也 应 全 部 更 换 。# 所 使 用 的 清 洗 液 以 清 水 、 碱 液 、 水 基 清

14、 洗 液 为 宜 ， 清 洗 液 中 不 能 有 沉 淀 。 凡 属 多 泡 沫 的 表 面 活 性 剂 和 助 剂 均 不 适 用 高 压 水 射 流 去 毛 刺 清 洗 工 艺 过 程 。$ 喷 嘴 性 能 直 接 影 响 水 射 流 的 性 能 和 工 件 的 清 洗 质 量 。 为 使 射 流 出 口 尽 可 能 减 少 紊 流 和 横 向 水 流 ， 喷 嘴 应 有 合 适 的 内 腔 锥 角 ， 并 保 证 进 口 光 滑 过 渡 。 喷 嘴 内 腔 的 表 面 粗 糙 度 要 求 达 到 % 值 为 3 ) %. ， 4 、 5 的 值 为 3 6%. ， 有 助 于 达 到 较

15、 长 的 密 实 射 流 。 为 减 少 喷 嘴 的 能 量 损 失 以 选 择 流 量 系 数 大 的 流 线 圆 锥! 卷 第 #! 期! # $ %!制 造 材 料形 喷 嘴 为 宜 。! 在 对 高 压 水 射 流 去 毛 刺 设 备 进 行 设 计 时 ， 对 于 设 备 的 防 腐 蚀 ， 零 件 的 防 锈 等 必 须 给 以 足 够 的 重 视 。 无 论 是 零 部 件 材 料 的 选 择 上 ， 还 是 其 结 构 设 计 上 ， 都 应 同 普 通 金 属 切 削 机 床 的 设 计 要 求 有 所 区 别 。 特 别 是 各 滑 动 零 部 件 必 须 作 特 殊 设 计 ， 并 且 对 运 动 部 件 应 进 行 强 制 润 滑 ， 以 减 少 尘 埃 、 切 屑 等 杂 物 对 设 备 寿 命 和 加 工 质 量 的 影 响 。壳 体 、 喷 嘴 、 内 燃 机 曲 轴 和 锌 化 油 器 等 。 例 如 自 动 变速 器 壳 体 ， 其 材 料 为 铝 合 金 压 铸 件 ， 水 射 流 去 除 铣 削 毛 刺 时 ， 喷 射 压 力 为 -( ) *， 喷 射 量 为 $ . - / 0%12， 喷 嘴 直 径 为