简述水射流加工的应用范围( 四 ) _水射流加工的主要原理

在最近十多年里，水射流wj、awj切割技术和设备有了长足进步，其应用遍及工业生产和人们生活各个方面。许多大学、公司和工厂竞相研究开发，新思维、新理论、新技术不断涌现，形成了一种你追我赶的势头。目前已有3000多套水射流切割设备在数十个国家几十个行业应用，尤其是在航空航天、舰船、军工、核能等高、尖、难技术上更显优势。已可切割500余种材料，其设备年增长率超过20％。
2.高压水射流加工系统构成与增压原理高压水射流基本原理归之为:运用液体增压原理，通过特定的装置增压口或高压泵,将动力源电动机的机械能转换成压力能，具有巨大压力能的水在通过小孔喷嘴又一换能装置，再将压力能转变成动能，从而形成高速射流wj 。
因而又常叫高速水射流。高压水射流系统见图1，主要由增压系统、供水系统、增压恒压系统、喷嘴管路系统、数控工作台系统、集水系统及水循环处理系统等构成。油压系统低压油10～30mpa推动大活塞往复来回移动，其方向由换向阀自动控制。
供水系统先对水进行净化处理，并加入防锈添加剂等，然后由供水泵打出低压水从单向阀进入高压缸。增压恒压系统包括增压器和蓄能器两部分，增压器获得高压原理如图2所示，即利用大活塞与小活塞面积之差来实现，理论上:a大·p油=a小·p水, p出水=a大/a小·p油, 增压比即大活塞与小活塞面积之比，通常为10:1～25:1，由此，增压器输出高压水压力可达100mpa~750mpa 。由于水在400mpa时其压缩率达12％，因而活塞杆在走过其整个行程八分之一后才会有高压水输出。
活塞到达行程终端时，换向阀自动使油路改变方向图中虚线箭头所示，进而推动大活塞反向行进，此时高压水在另端输出。如果将此高压水直接送到喷嘴，那么喷嘴出来的射流压力将会是脉动的图3中虚线，而且这对管路系统产生周期性振荡，为获得稳定的高压水射流，常在增压器和喷嘴回路之间设置一蓄能恒压器，消除水压脉动，达到恒压之目的，常能控制脉动量在5％之内图3实线。切除与切断机理高速射流本身具有较高的刚性，在与靶物碰撞时，产生极高的冲击动压p=ρvc和涡流的形成，从微观上看相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区有时可能为负值，因而高压水射流表面上虽为圆柱模型，而内部实际上存在刚性高和刚性低的部分，刚性高的部分产生的冲击动压使传播时间也减少，增大了冲击强度，宏观上看起快速楔劈作用，而低刚度部分相对于高刚度部分形成了柔性空间，起吸屑、排屑作用，这两者的结合正好象使得其切割材料时犹如一把轴向“锯刀”加工。
高速水射流破坏材料的过程是一个动态断裂过程，对脆性材料如岩石等主要是以裂纹破坏及扩散为主；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σy时，该点即发生断裂。根据弹塑性力学，动态断裂强度与静态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，材料中裂纹来不及发展，因而这个动态断裂不仅与应力有关，还与拉伸应力的作用时间相关。
4.高压水射流wj、awj切割应用范围高压水射流切割是利用具有很高动能的高速射流进行的有时又称为高速水射流加工与激光、离子束、电子束一样是属于高能束加工范畴。高压水射流切割作为一项高新特技术在某种意义上讲是切割领域的一次革命，有着十分广阔的应用前景，随着技术的成熟及某些局限的克服，对其它切割工艺是一种完美补充。
目前其用途和优势主要体现在难加工材料方面:如陶瓷、硬质合金、高速钢、模具钢、淬火钢、白口铸铁、钨钼钴合金、耐热合金、钛合金、耐蚀合金、复合材料frm、frp等、锻烧陶瓷、高速钢hrc30以下、不锈钢、高锰钢、模具钢和马氏体钢hrc<30、高硅铸铁、可锻铸铁等一般工程材料，高压水射流除切割外，稍降低压力或增大靶距和流量还可以用于清洗、破碎、表面毛化和强化处理。在美国，几乎所有的汽车和飞机制造厂都有应用。目前已在以下行业获得成功应用:汽车制造与修理、航空航天、机械加工、国防、军工、兵器、电子电力、石油、采矿、轻工、建筑建材、核工业、化工、船舶、食品、医疗、林业、农业、市政工程等方面。
高压水射流的清洗技术高压水射流清洗技术是一种投资大运行费用高的清洗技术。高压水射流清洗技术的核心设备高压水射流清洗机几十万到百万壹台，每天运行电费上千元。