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1、3.3.喷射加工喷射加工(Jet Machining)3.1 3.1 磨料喷射加工磨料喷射加工（Abrasive Jet Machining, AJM） 利用磨料（粒径利用磨料（粒径101050m50m左右）和压缩气体（左右）和压缩气体（2 213MPa13MPa）混合后经过喷嘴形成的）混合后经过喷嘴形成的 高速束流（高速束流（150150300m/s300m/s），对工件进行切割、去毛刺、清洗等），对工件进行切割、去毛刺、清洗等 磨料：刚玉、碳化硅磨料、玻璃小珠和碳酸氢钠磨料：刚玉、碳化硅磨料、玻璃小珠和碳酸氢钠 18701870年、美国的年、美国的B.C.TilghmanB.C.Tilgh
2、man发明发明 喷嘴直径喷嘴直径0.10.11.2mm1.2mm，寿命，寿命8 835h35h加工类型及适用磨料加工类型及适用磨料磨料种类对加工表面的影响磨料种类对加工表面的影响喷射距离对加工的影响喷射距离对加工的影响磨料喷射加工设备组成磨料喷射加工设备组成磨料喷射加工设备磨料喷射加工设备小件加工用手动设备小件加工用手动设备大件加工用机动设备大件加工用机动设备磨料喷射加工的特点磨料喷射加工的特点 适于加工硬脆材料（适于加工硬脆材料（水晶、寶石、玻璃、陶瓷等水晶、寶石、玻璃、陶瓷等） 设备简单，加工成本低设备简单，加工成本低 加工面积小，无热应力加工面积小，无热应力 喷嘴磨损严重，影响加工精度，
3、成本上升喷嘴磨损严重，影响加工精度，成本上升 产生磨粒嵌入现象，影响表面质量产生磨粒嵌入现象，影响表面质量 噪音大、粉尘污染严重噪音大、粉尘污染严重磨料喷射加工磨料喷射加工清洁表面清洁表面磨料喷射加工磨料喷射加工表面油漆剥离表面油漆剥离磨料喷射加工磨料喷射加工表面毛化表面毛化磨料喷射加工磨料喷射加工去毛刺去毛刺磨料喷射加工磨料喷射加工刻字画刻字画3.2 3.2 湿式磨料喷射加工湿式磨料喷射加工传统的磨料喷射加工传统的磨料喷射加工新型磨料喷射加工新型磨料喷射加工工作介质：磨料工作介质：磨料 + + 压缩气体压缩气体最小磨料粒径：最小磨料粒径： 101050m50m工作介质：磨料工作介质：磨料 +
4、 + 液体液体 + + 压缩气体压缩气体最小磨料粒径：最小磨料粒径： 10m10m湿式磨料喷射加工机理湿式磨料喷射加工机理磨料的冲击作用磨料的冲击作用磨料的划擦作用磨料的划擦作用液体冲刷作用液体冲刷作用液体空化作用液体空化作用 无粉尘污染、磨粒嵌入少、喷射扫描面积大无粉尘污染、磨粒嵌入少、喷射扫描面积大优势优势1 1：磨粒嵌入问题：磨粒嵌入问题传 统 方 法传 统 方 法新 方 法新 方 法优势优势2 2：大面积加工和喷射力均匀性：大面积加工和喷射力均匀性传 统 方 法传 统 方 法新 方 法新 方 法优势优势3 3：微沟槽部位清洗微沟槽部位清洗磨粒粒度对表面质量的影响磨粒粒度对表面质量的影响
5、实际应用例实际应用例喷丸处理喷丸处理清洗清洗去毛刺去毛刺3.3 3.3 弹性磨粒喷射加工新方法弹性磨粒喷射加工新方法 采用直径为数百采用直径为数百m的橡胶状弹性体工作介质的橡胶状弹性体工作介质 内含微米级内含微米级SiC、金刚石等磨粒、金刚石等磨粒传统的磨料喷射加工传统的磨料喷射加工弹性磨粒喷射加工弹性磨粒喷射加工应用实例应用实例3.4 3.4 水射流加工水射流加工（Water Jet Machining, WJM） 受“雨蚀”现象的启发受“雨蚀”现象的启发 将水增至超高压将水增至超高压(100400MPa)，经节流小孔，经节流小孔(0.150.4mm)使水压能使水压能 转变为射流动能转变为射
6、流动能(流速高达流速高达8001000m/s) 作用机理：冲击作用、气蚀、磨削和缝隙水压的楔劈作用作用机理：冲击作用、气蚀、磨削和缝隙水压的楔劈作用 种类：高压水射流种类：高压水射流(WJ)、磨料水射流、磨料水射流(AWJ) 1968年，在美国产生第一项切割技术专利年，在美国产生第一项切割技术专利高压水射流设备的组成高压水射流设备的组成0.4Mpa0.4Mpa400Mpa400Mpa切割设备的组成切割设备的组成 供水系统：供水系统：软化水质软化水质(PH(PH值值6 68 8，精滤精度，精滤精度0.5m0.5m以下以下) )蓝宝石水喷嘴蓝宝石水喷嘴的工作寿命：用自来水时寿命仅为的工作寿命：用自
7、来水时寿命仅为34h34h，用软化水寿命为，用软化水寿命为78h78h 增压系统：增压系统：使水压达到使水压达到100100400MPa400MPa，并用蓄压器使水压稳定在上，并用蓄压器使水压稳定在上5 5之内之内 高压水路系统：高压水路系统：用于连接增压系统和高压喷枪用于连接增压系统和高压喷枪 高压喷枪：高压喷枪：包括高压水阀和宝石喷嘴、水包括高压水阀和宝石喷嘴、水/ /磨料混合室和混合管。陶瓷磨料混合室和混合管。陶瓷混合管寿命混合管寿命2020100h100h 接收装置：接收装置： 收集切割剩余射流，具有消能、降噪、防溅和安全等功能。收集切割剩余射流，具有消能、降噪、防溅和安全等功能。将射
8、流噪声由将射流噪声由420dB(A)420dB(A)降至降至808090dB(A)90dB(A) 运动控制系统：运动控制系统：可实行五轴联动，重复精度达可实行五轴联动，重复精度达0.05mm0.05mmAhAw增压原理增压原理h wh wpAAp h wh wpAAp phph0.4Mpa400Mpa增压系统工作原理增压系统工作原理增压系统增压系统增压比增压比： ： 10:110:1增压器增压器直接驱动高压泵直接驱动高压泵直接采用电机直接采用电机+滚珠丝杠机构，进行增压滚珠丝杠机构，进行增压 不用液压油，易清洁、易维护不用液压油，易清洁、易维护 传动效率更高，噪音低传动效率更高，噪音低高压水路
9、系统高压水路系统 采用超高压钢管和旋转接头采用超高压钢管和旋转接头水射流切割机水射流切割机高压喷枪高压喷枪高圧水高圧水喷嘴喷嘴蓝宝石喷嘴蓝宝石喷嘴金刚石喷嘴金刚石喷嘴接收系统接收系统接收系统接收系统水射流切割设备水射流切割设备水射流技术的历史水射流技术的历史 1950年，年，Norman Franz博士（林业工程师，被称为水射流之博士（林业工程师，被称为水射流之 父）把重物放到水柱上，迫使水通过一个很小的喷嘴，获得父）把重物放到水柱上，迫使水通过一个很小的喷嘴，获得 了短暂的高压射流，并切割木头等材料。了短暂的高压射流，并切割木头等材料。 1979年，年，Mohamed Hashish博士发明
10、了在普通水射流中添加博士发明了在普通水射流中添加 磨料的方法磨料的方法 1980年，磨料水射流第一次用于切割金属、玻璃和混凝土年，磨料水射流第一次用于切割金属、玻璃和混凝土 1983年，世界上第一套商业化的水射流切割系统问世，被用年，世界上第一套商业化的水射流切割系统问世，被用 于切割汽车玻璃于切割汽车玻璃水射流切割的特点水射流切割的特点 水射流压力大，适合切割大多数工程材料水射流压力大，适合切割大多数工程材料 切口温度低切口温度低(100)，材料无结构变形和热变形，材料无结构变形和热变形 切口窄切口窄(纯水切割纯水切割 0.11.1mm，磨料水射流，磨料水射流0.81mm) ，切口材料损失小
11、切口材料损失小 切割速度快，切割厚度范围宽，最大切割厚度大于切割速度快，切割厚度范围宽，最大切割厚度大于100mm 在切割过程中不产生弧光、灰尘及有毒气体在切割过程中不产生弧光、灰尘及有毒气体 设备价格昂贵，水射流喷嘴磨损严重，需经常更换设备价格昂贵，水射流喷嘴磨损严重，需经常更换水射流水射流切口质量对比切口质量对比等离子切割等离子切割激光切割（氮气保护）激光切割（氮气保护）水射流切割水射流切割材料：材料：SUS304SUS304切口表面质量切口表面质量切口表面质量切口表面质量切口质量切口质量食材的切割食材的切割食材的切割食材的切割纸制品的切割纸制品的切割树脂、橡胶等材料的切割树脂、橡胶等材料
12、的切割其他材料的切割其他材料的切割红砖红砖石棉石棉3.5 3.5 磨料水射流加工磨料水射流加工（ （Abrasive Jet MachiningAbrasive Jet Machining、 、 AJMAJM） ）磨料及其输送装置磨料及其输送装置 石榴石砂（天然金钢砂）石榴石砂（天然金钢砂） 摩氏硬度：摩氏硬度：7.57.9 粒度：粒度：60目目-90目目磨料水射流用喷枪磨料水射流用喷枪金属材料的切割金属材料的切割Steel t= 50mmSteel t= 50mm复杂形状零件的切割复杂形状零件的切割钛 恐恐龙电子器件拆解电子器件拆解复合材料的切割复合材料的切割（碳纤维复合材料）（碳纤维复合材
13、料）复合材料（樹脂复合材料（樹脂+ +石）石）电木电木Epoxy GlassEpoxy Glass玻璃的切割玻璃的切割玻璃玻璃 t=40mmt=40mm石英石英800mm800mm，板厚，板厚70mm70mm工程领域钢材切割工程领域钢材切割建筑工程领域中石材、混凝土的切割建筑工程领域中石材、混凝土的切割在采石场中的应用在采石场中的应用石材的精密数控切割石材的精密数控切割石材的精密数控切割石材的精密数控切割石油开采中的应用石油开采中的应用深海勘探深海勘探水射流在线修整砂轮水射流在线修整砂轮3.6 3.6 水射流清洗水射流清洗（Water Jet Cleaning） 高速水流对垢层的冲击作用及楔劈
14、效应高速水流对垢层的冲击作用及楔劈效应 喷射水流撞击喷射水流撞击垢层被粉碎垢层被粉碎（被渗透被渗透）流体呈楔流体呈楔 子插入垢层和金属表面间子插入垢层和金属表面间使垢层脱落使垢层脱落 喷射水流撞击喷射水流撞击层状或多孔状的垢层层状或多孔状的垢层在表面以下在表面以下 的形成一个内压而使上部垢层裂开的形成一个内压而使上部垢层裂开水射流清洗的优点水射流清洗的优点 清洗成本低：清洗成本低：介质为自来水，不需加任何填充物及洗涤剂介质为自来水，不需加任何填充物及洗涤剂 清洗质量好：清洗质量好：超音速高压水射流能够去除垢物，但不破坏超音速高压水射流能够去除垢物，但不破坏 金属表面金属表面 清洗速度快：清洗速
15、度快：它比化学方法、喷砂抛丸方法等传统方法快它比化学方法、喷砂抛丸方法等传统方法快 几倍到几十倍几倍到几十倍 无环境污染：无环境污染：清洗中不产生粉尘、化学废液。水射流雾化清洗中不产生粉尘、化学废液。水射流雾化 后，降低作业区的粉尘浓度后，降低作业区的粉尘浓度 金属腐蚀：金属腐蚀：属纯物理方法，对金属无任何腐蚀作用属纯物理方法，对金属无任何腐蚀作用 应用面广：应用面广：对设备材质、特性、形状及垢物种类均无特殊对设备材质、特性、形状及垢物种类均无特殊 要求要求机械零部件的清洗机械零部件的清洗机械零部件的清洗机械零部件的清洗小型零件多功位全自动清洗小型零件多功位全自动清洗零部件清洗样件零部件清洗样
16、件曲轴（碳钢），清洗压力曲轴（碳钢），清洗压力15MPa15MPa液压阀体，清洗压力液压阀体，清洗压力30MPa30MPa高压水射流清洗高压水射流清洗旧墙清洗旧墙清洗高压水射流清洗高压水射流清洗大型罐体清洗大型罐体清洗高压水射流清洗高压水射流清洗管道内壁清洗管道内壁清洗大口径管内壁清洗大口径管内壁清洗大型罐体内壁的清洗大型罐体内壁的清洗道路标线清洗道路标线清洗传统方法清洗传统方法清洗传统方法清洗传统方法清洗清洗效果清洗效果道路标线清洗道路标线清洗水射流清洗水射流清洗传统方法清洗传统方法清洗水射流清洗水射流清洗大面积玻璃板的水射流清洗大面积玻璃板的水射流清洗PDFPDF玻璃板玻璃板太阳能电池板太阳能电池板大面积玻璃板的水射流清洗大面积玻璃板的水射流清洗3.7 3.7 水中清洗
