磨料水射流切割工艺参数的实验研究
高压磨料水射流切割大理石的研究的开题报告
高压磨料水射流切割大理石的研究的开题报告一、研究背景大理石作为一种高档建筑装饰材料，具有天然美观的纹理、色泽、质感等优点，因此被广泛应用于室内地面、墙面、柱子、雕塑等方面。
但是，传统的机械切割技术存在一些弊端，比如切割面粗糙、易损坏石材、产生噪音和污染等。
为了克服这些问题，近年来尝试采用高压磨料水射流切割技术，其能量密度大、切割精度高、切割面平整度好等优点，使得其广泛应用于大理石等天然石材的切割加工。
二、研究目的本研究的目的是探究高压磨料水射流切割大理石的切割参数及切割表现，以优化切割工艺参数，提高切割效率和切割质量。
三、研究内容1. 综述高压磨料水射流切割技术的基本原理及其应用情况。
2. 选取不同硬度大理石样品，确定其性能参数（比如压缩强度、抗拉强度、断裂韧性等）。
3. 设计高压磨料水射流切割实验方案，分别测试不同切割参数下的切割速度、切割精度、切割面质量等指标。
4. 对实验结果进行分析和评价，找出可能存在的问题，提出优化的建议。
5. 撰写论文并进行答辩。
四、研究方法1. 文献综述法：对高压磨料水射流切割技术的基础原理及其应用情况进行深入了解和综述。
2. 试验研究法：采用高压磨料水射流切割仪进行实验，选取符合标准的大理石样品，测试不同切割参数下的切割速度、切割精度、切割面质量等指标。
3. 数据分析法：对实验结果进行数据分析，确定最佳切割参数，找出可能存在的问题，并提出改进建议。
4. 论文撰写法：根据实验结果撰写论文并进行答辩。
五、预期成果通过研究，预期实现以下目标：1. 探究高压磨料水射流切割大理石的适宜参数及其表现；2. 优化高压磨料水射流切割大理石的工艺流程，提高切割效率和质量；3. 为大理石等石材的切割加工提供新思路和新方法。
六、研究计划时间安排：第一阶段：文献综述和实验设计（1-2周）；第二阶段：试验实施和数据收集（3-4周）；第三阶段：数据分析、论文撰写（2-3周）；第四阶段：论文答辩（1周）。
《高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的试验研究》范文
《高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的试验研究》篇一一、引言随着工业技术的不断进步，玻璃纤维增强塑料（GFRP）因其优异的性能被广泛应用于各个领域。
然而，GFRP的切割加工一直是一个技术难题。
传统的切割方法如机械切割、激光切割等，在面对GFRP这类复合材料时，往往存在切割效率低、易损伤材料等问题。
因此，研究新型的切割技术成为了当前的重要课题。
其中，高压磨料水射流切割技术以其独特的优势，成为了值得深入研究的对象。
本文将详细介绍高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的试验研究，以期为相关领域提供参考。
二、试验材料与方法1. 试验材料本试验选用的材料为玻璃纤维增强塑料（GFRP），其具有优异的力学性能和良好的加工性能。
此外，还选用了适合高压磨料水射流切割的喷嘴、磨料和水源等。
2. 试验方法本试验采用高压磨料水射流切割技术对GFRP进行切割。
首先，通过调整设备参数（如压力、流量、喷嘴直径等），对GFRP进行初步的切割试验。
然后，通过观察和分析切割后的样品，研究不同参数对切割效果的影响。
最后，对试验数据进行统计和分析，得出最佳的切割参数。
三、试验结果与分析1. 切割效果通过高压磨料水射流切割技术，我们成功地对GFRP进行了切割。
从宏观角度来看，切割后的样品表面光滑，无明显损伤痕迹。
从微观角度来看，通过电子显微镜观察，发现切割边缘的纤维排列整齐，无明显的撕裂现象。
2. 参数影响在试验过程中，我们发现切割效果受多种参数的影响。
首先，喷嘴压力对切割效果具有显著影响。
当压力过大时，可能导致GFRP表面产生微裂纹；而压力过小时，则可能无法达到理想的切割效果。
其次，磨料的选择也会影响切割效果。
不同种类的磨料在切削过程中表现出的性能存在差异。
此外，水流速度和喷嘴直径等因素也会对切割效果产生影响。
因此，在实际操作中，需要根据具体材料和需求调整设备参数，以获得最佳的切割效果。
3. 统计与分析通过对试验数据的统计和分析，我们得出了最佳的切割参数。
磨料水射流抛光加工工艺参数优化研究
磨料水射流抛光加工工艺参数优化研究磨料水射流抛光加工是在磨料水射流切割基础上演变而来的一种新型特种加工方法,相比于传统的机械抛光技术以及许多当代抛光技术,磨料水射流是唯一的一种冷加工方法,具有无工具磨损、无污染、反作用力小、加工柔性高、工件不会产生热变形等优越性。
而且,传统的抛光加工技术在加工细长管、异型曲面等复杂零部件时,因其抛光头无法触及,导致其加工难度大,甚至无法实现抛光处理。
因此,有必要对磨料水射流抛光加工技术进行深入研究。
本文基于液固两相流模型和流体仿真数学模型,通过仿真和实验等手段分别探讨了磨料水射流冲蚀工件的喷嘴内外流场,磨料水射流抛光工艺参数对工件表面质量的影响规律,并在传统的优化方法基础上引进人工智能算法对抛光加工参数进行了优化。
主要研究内容如下:(1)磨料水射流液固二相流基本特性研究。
基于射流流体理论、小孔口射流及射流边界层基础理论,探究了磨料水射流液固二相流的基本特性、水射流及磨料水射流的主要特征参数,重点探讨了磨料水射流中水射流和磨料射流分别对目标靶件的作用力,分析了磨料水射流冲蚀破坏去除材料的过程及材料去除机理;(2)基于流体仿真数学模型的磨料水射流冲蚀仿真分析。
利用Fluent软件数值模拟分析了水射流喷嘴外部流场,探讨了水射流喷嘴外部流体的流动特性,对比了纯水射流和磨料射流在相同条件下冲蚀工件时的速度、体积、压力及壁面剪切力分布特征,并通过冲蚀钢板、生物陶瓷的对比实验进行了验证,进行了磨料水射流冲蚀喷嘴内外流场的仿真分析,研究了变角度、变靶距及变压力下的磨料水射流冲蚀喷嘴外流场的速度、压力及壁面剪切力分布特征,并在相同条件下进行了实验初步验证;(3)磨料水射流抛光工艺参数对工件表面质量的影响研究。
基于磨料水射流抛光钢板实验,探讨了磨料水射流抛光工艺参数(射流初始压力、喷嘴横移速度、喷射角度、靶距、磨料流量、横向进给量)对工件表面加工质量的影响,通过正交试验,对实验数据的极差及方差分析,找到了抛光参数最优组合和各参数对表面粗糙度的影响率占比,通过响应面回归分析,建立了抛光工件后表面粗糙度的预测模型,并探讨了抛光工艺参数间的交互作用,最后对抛光工艺参数响应面寻优求解;(4)基于整合的ANN-GPS-SA磨料水射流抛光工艺参数优化。
高压磨料水射流切割碳纤维复合材料的试验研究
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磨料水射流加工技术的研究现状
了提高加工表面质量， 许多学者进行了大量研究 !"$’!"。 ()*+,- !."、 /0 1234,5 !6"、 70 89-: !""以氧化铝陶瓷作为试 样， 研究了射流入射角 （射流束中心线与水平面之间的夹 角） 对加工质量的影响， (0*+,- 发现当入射角为 6#%6;’ 时， 切割深度最大， 因此他们提出用喷嘴摆动技术来提高 光滑区切割深度， 结果发现， 采用喷嘴摆动技术可使光滑 区切割深度增加 <#=， 最佳的摆动角度为 ’;%>#(， 最佳的 !"! 磨料水射流工艺参数对切割性能和切割质量的影响 （!） 影响磨料水射流切割性能的因素 由于磨料水射流切割是一个非常复杂的过程，因此 影响磨料水射流切割性能的参数很多 !"!#"""， 包括动力学参 数 （水喷嘴直径、 水压力） 、 磨料参数 （磨料材料、 尺寸大 小、 流量） 、 磨料喷嘴参数 （磨料喷嘴直径、 长度、 材料） 、 切 割参数 （切割速度、 靶距、 冲击角度、 切割次数） 、 工件参数 （硬度） 等。 但易于控制的工艺参数主要有水压力、 磨料参 数、 切割速度和靶距等。 评价切割性能的指标主要包括切穿深度、切口形状 （切口上、 下部的宽度和切口锥角） 、 加工表面质量 （粗糙 度和波纹度） 等。 工艺参数对切割深度的影响 （"） 切割深度是评价磨料水射流切割性能的一个重要指 标，为此许多学者试验研究了工艺参数对不同材料的切 无论是韧性材料、 脆性材料 割深度的影响 !!$%"。结果表明， 还是复合材料， 工艺参数对切割深度的影响是一致的。 水压力的影响： 水压力增大时， 切割深度几乎呈线性 增加， 这是由于水压越大， 水射流的速度就越高， 其动能 也越大， 磨料所获得的动能也越大， 射流的切割能力就增 加， 因此能够达到的切割深度就越大。 磨料因素的影响： 在磨料水射流加工中， 磨料对材料 的切割作用达到 "#$ 以上，磨料耗费占切割总耗费的 磨料流量、 磨料的粒度和硬度是主要的因素。 !#$%&#$， 磨料流量增加，切割深度增加，但不随磨料流量线性增 加， 而是减小了增加率， 这是因为磨料流量增加， 会使磨 料间相互碰撞的几率增加， 消耗了部分能量， 因此减小了 每个磨粒的切割效率。磨料硬度越高， 切割深度越大， 最 佳粒度为 &# 目， 这是由于大颗粒磨料质量大， 不易加速， 小颗粒磨料质量小， 加速后动能达不到较强的切割能力。 切割速度的影响： 切割速度增加， 切割深度减小， 这 是由于切割速度增加时，磨料对工件的重复切割运动减 少， 使较少的磨粒冲击工件表面， 因此切割深度减小。 靶距的影响： 随着喷嘴靶距的增大， 磨料水射流的集 束性逐渐降低， 并且使磨料的动能减弱， 冲蚀能力下降， 使切割深度减小。 （&） 工艺参数对切割质量的影响 虽然水射流加工有很多优点， 但它也存在不少问题， 例如波纹区的产生会影响加工质量，要想获得理想加工 表面， 只有当工件厚度小于光滑区深度才可以。因此， 为 摆动频率视切割速度而定。70 89-: 认为采用喷嘴摆动方 法可使锥度减小 ;!=， 同时还可大大降低表面粗糙度。 /0 (,??9 !’#"研究了用喷嘴摆动技术加工低碳钢和铝时对表 面粗糙度的影响， 结果表明， 采用喷嘴摆动技术可使表面 粗糙度值减小 <#=， 并得出结论： 对比较薄的材料可采用 喷嘴摆动技术来提高表面质量，对于较厚的材料可采用 切割速度大的喷嘴摆动技术， 切割低碳钢时， 摆动角度应 大一些， 而摆动频率小一些， 切割铝时， 大摆动角度可提 高加工质量。 @0 A95+25+ !’’"、 70 89-: 为了提高切削质量，
磨料水射流切割机理及质量提升方法研究
磨料水射流切割机理及质量提升方法研究摘要：磨料水射流具备极强的切割技术能力，可基本实现对大多数难切削原料的分割，但射流切割后的元件通常出现拖尾、切口锥度等品质缺憾，限制了该技术应用范围的进一步扩大和蓬勃发展。
本文内容专门研究了切割的形成机理及主要特质，明确提出了多种不同可明显改善切割品质的切割方式。
期望能为相关从业者提供一些参考。
关键词：水射流切割机理;磨料水射流;加工质量引言通过几十年的不断发展，水射流技术已经发展到不同的应用领域，逐步形成了独具特色的技术体系。
根据射流压力，水射流可分为低压水射流、高压水射流和超高压水射流三种类型：低压水射流一般指压力小于10MPa的水射流，一般用于家庭清洁、煤矿开采等，并主要由低压往复泵或离心泵产生；高压水射流一般指压力在10MPa至100MPa之间的水射流，它通常用于工业清洗、采矿、破碎和切割软材料，主要由往复式高压泵产生；超高压水射流一般指压力大于100MPa 的水射流，一般用于工业切削或其他机械加工，主要由增压器或超高压往复泵产生。
水射流的应用从低压开始，逐渐扩展到超高压，当然这也取决于科学技术的发展水平。
1.磨料水射流切割机理近年来，由于对设备的需求相对较低，设备较为友好，加工能力较高，磨料混合后水射流在工业加工制造领域得到了广泛应用。
一般来说，磨料混合后水射流处理系统主要由增压装置、供砂装置、喷射装置、传动装置和冷却器等模块组成。
增压装置是磨料水射流处理系统的“核心”，为磨料射流提供初始能量。
通过增压装置将水增压至高压甚至超高压，其增压能力的大小直接影响磨料水的性能和加工效率。
增压装置的主要部分由一个增压比为10:1至20:1的增压器组成，可将水压增加至400MPa，甚至高达700MPa。
传动机构是磨料射流加工系统的“脚”，为加工各种形状零件的磨料射流提供传动支持。
传动装置按照系统设计方案进行具体的后处理工作.传动精度、定位精度和分辨率尺寸是影响射流研磨水加工质量的重要因素之一，是实现加工精度的关键。
抗磨白口铸铁冒口水射流切割的实验研究
（ 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
磨料水射流切割工艺参数的实验研究
变其中一个工艺参数， 而其他参数保持不变， 根据得出的实验数 获得的动能也小， 因此对混凝土的冲蚀能力较弱， 此时的切割深
据画出每个工艺参数对切割深度的影响规律曲线图， 分析该参 度也就较小； 反之， 在磨料浓度一定时， 随着粒径增大， 射流中的
数单独变化对切割深度的影响。
颗粒数减少， 而且由于惯性及流体阻力的作用，大颗粒的加速减
水射流的喷射压力是影响水射流切割的一个重要参数， 它 决定了射流对材料的破坏能力。在一定的喷嘴尺寸和结构下， 水压主要影响到射流的速度， 水压越大， 水射流的速度就越高， 其动能也越大， 磨粒也能获得更大的动能， 射流切割能力增加， 因此， 能够达到的切深就越大。在特定的条件下， 存在最小临界 值， 当水压小于该值时， 射流不具有切割能力， 将图 ２ 的压力 － 切 深关系曲线延伸到与压力坐标轴相交， 就得到了最小切割压力。
３ 实验研究
３．１ 射流压力对切割深度的影响
实 验 中 射 流 压 力 ｐ 分 别 取 ４、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、９、 １０ＭＰａ 十个等级。其他实验条件为： 切割速度 ｖ 为 ０．４８ｍ／ｍｉｎ，靶 距 Ｌ 为 ３５ｍｍ， 磨 料 流 量 Ｑ 为 ６．６ｋｇ／ｍｉｎ， 磨 料 粒 径 Ｄ 为 ０．２１２ｍｍ， 材料取 Ｃ３ 试块。射流压力与切割深度的实验值及回 归曲线如图 ２ 所示。
材料破坏能力的是磨料水射流总的打击力和磨粒的微切削作
用， 以及磨料水射流的冲蚀作用。当磨料浓度一定时， 粒径越小，
射流中总的颗粒数越多。小颗粒的质量小， 容易被加速， 而大颗
粒则难以被加速。当磨料射流中的颗粒粒径较小时， 虽容易被
３．２．２ 磨料流量对切割深度的影响
对于一定粒径的磨料射流来讲， 磨料流量反映了射流中磨 料颗粒数量的多少， 影响到对材料的冲击频率， 因此它对切割深 度也必然会产生影响。
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１２０ｍｍ， 磨料流量 Ｑ 为 ４．０ｋｇ／ｍｉｎ， 材料取 Ｃ３ 试块。磨料粒径与 切割深度关系的实验值及 Ｄ－ Ｈ 回归曲线如图 ３ 所示。
图 ３ 表 明 中 等 粒 径 的 磨 粒 （０．５００ｍｍ）比 细 （０．１８０ｍｍ 或 更 细）和粗（０．８５０ｍｍ 或更粗）的磨粒效果好。这是因为决定被切 割
关键词： 磨料水射流； 切割深度； 工艺参数 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】 Ｉｎ ＡＷＪ ｃｕｔｔｉｎｇ， ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｉｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｈａｖｅ ｇｒｅａｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ． Ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ａ ｐｒｅｃｉｓｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＡＷＪ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔ． ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ＡＷＪ ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ， ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｗａｔｅｒｊｅｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ， ｍｏｖｉｎｇ ｓｐｅｅｄ， ｔａｒｇｅｔ ｓｐａｃｅ， ｆｌｕｘ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ａｂｒａｓｉｖｅ， ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ＇ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｘｉｍａｌ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｊｅｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｉｎｅａｒｌｙ， ｇｒｏｗｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｌｕｘ ｏｆ ａｂｒａｓｉｖｅ ｉｎ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ， ｆｉｒｓｔｌｙ ａｄｄｓ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ａｂｒａｓｉｖｅ， ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｄｅｃａｙｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｖｉｎｇ ｓｐｅｅｄ， ｈａｓ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｔａｒｇｅｔ ｓｐａｃｅ， ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＡＷＪ ； Ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ； Ｐｒ ｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｒ ａｍｅｔｅｒ ｓ
２００
慢，导致其切割能力下降，所以粒径太大时，切割深度也会减小。 另一方面， 磨料颗粒是有锋利棱角的粒子， 把特别细的磨粒尺寸 增大时， 磨粒的锋利程度也会增加， 对混凝土的微切削作用的冲 蚀能力都增加， 使得切割深度增加； 而当磨粒尺寸增大到一定数 值时， 再增加磨粒尺寸， 磨料粒子太大， 表面相对较光滑， 锋利程 度减小， 对混凝土的微切削作用和冲蚀能力都有所减弱， 也会使 得 切 割 深 度 减 小 。综 合 这 两 方 面 的 原 因 ，必 然 存 在 着 一 个 最 佳 的 粒径值，既使射流中具有足够多的颗粒数，又使得颗粒获得足够 大的动能，从而保证最有效地切割混凝土。
２ 实验条件
切割系统： 实验采用的前混合磨料射流数控切割系统见图１。 切割材料： 泡沫混凝土试块 Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５。
＊ 来稿日期： ２００６－ ０９－ ２７
５ ６
７ ４
３
１
Ｄ２
８ ９
１０
１１
ＰＣ
图 １ 前混合磨料射流系统简图 １．水泵 ２．电机 ３．单向阀 ４．安全阀 ５．压力表 ６、７．球形截止阀
磨料水射流切割工艺参数的实验研究
－ １０７－
阴 妍 鲍久圣 段 雄（ 中国矿业大学 机电工程学院， 徐州 ２２１００８）
Ｅｘｐｅ ｒｉｍｅ ｎｔａ ｌ ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ ｏｆ ｐｒｏｃｅ ｓ ｓ ｉｎｇ ｐａ ｒａ ｍｅ ｔｅ ｒｓ ｉｎ ａ ｂｒａ ｓ ｉｖｅ ｗａ ｔｅ ｒ ｊｅ ｔ ｃｕｔｔｉｎｇ
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第４期 ２００７ 年 ４ 月
文章编号： １００１－ ３９９７（２００７）０４－ ０１０７－ ０３
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
图 ４ 表明， 磨料流量对切割深度有很大影响。它们的关系 曲线是一个凸曲线， 也就是说， 对应着最大切割深度存在一个最 佳磨料流量的选用范围。刚开始增加磨料流量时， 切割深度增 大， 曲线呈上升趋势。这是因为磨料流量增大， 单位时间内由磨 料喷嘴流出的磨料个数增多， 对混凝土冲击频率增强， 混凝土破 坏程度加深。但受磨料水喷嘴直径的限制， 磨料流量有一个界限 值。超过这个界限值， 射流中磨料颗粒的密度太大， 拥挤的磨料 颗粒将导致磨粒之间产生干涉， 使得冲击的有效次数下降。磨料 水射流具有的总能量是由设备确定的一个固定值， 磨料颗粒过 多， 单个磨料颗粒具有的动能减小， 使得磨料流速相对降低。由 于流动性能降低， 流出喷嘴时的阻力损失增大， 颗粒与颗粒之间 的碰撞加剧， 导致射流能量的损失增大， 从而减弱了磨料颗粒对 混凝土的冲击能力。所以随着磨料流量增大到一定值后， 再增加 磨料流量， 切割深度反而会减小， 曲线呈下降趋势。
ＹＩＮ Ｙａｎ， ＢＡＯ Ｊｉｕ－ ｓｈｅｎｇ， ＤＵＡＮ Ｘｉｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ＣＵＭＴ， Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００８，Ｃｈｉｎａ）
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８５ ８０ ７５ ７０ ６５ ６０ ５５
切割深度 （Ｈ ｍｍ） 切割深度 （Ｈ ｍｍ）
１５０
５０
０．１ ０．２ ０．３ ０．４ ０．５ ０．６ ０．７ ０．８ ０．９
磨料粒径 Ｄ（ｍｍ）
１００
图 ３ 磨料粒径与切割深度的关系
５０
（“×”点为实验值，“－ － － － ”为回归拟合曲线）
０
２
４
６
８
１０
１２
【摘要】磨料水射流切割中影响切割深度的因素很多， 各工艺参数的选择和合理搭配对切割结 果有很大影响， 并且难以用精确的数学模型来描述。以磨料水射流切割混凝土为例， 考察了射流压 力、进给速度、靶距、磨料流量、磨料粒径和材料性能等工艺参数对最大切割深度的影响。结果表明： （ １） 切割深度与射流压力呈线性增长关系；（ ２） 在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加， 但当 磨料流量达到一定值后， 切割深度随流量增加反而下降；（ ３） 切割深度随磨料粒径的增加呈先增加 后减小的规律， 存在一极值点；（ ４） 切割深度随切割速度的增加呈指数衰减；（ ５） 存在一最佳靶距， 超 过这个界限值时， 随着靶距的增大， 切割深度急剧减小；（ ６） 混凝土试件抗压强度的抗压强度越大， 切割深度越小。
Ｎｏ． ４ Ａｐｒ．２００７
机械设计与制造
－ １０９－
切割深度 （Ｈ ｍｍ）
１３０ １２０ １１０ １００ ９０ ８０ ７０ ６０
０
２
４
６
８
１０
磨料流量 Ｑ（ｋｑ／ｍｉｎ）
图 ４ 磨料流量与切割深度的关系 （“×”点为实验值，“－ － － － ”为回归拟合曲线）
８．磨料罐 ９．混合腔 １０．喷嘴 １１．数控系统 检测手段： 切口的深度用刻度探针和游标卡尺沿切口每 ５ 毫米测量一次， 取其平均值作为测量的切割深度。 整个切割实验采用一次切割法， 并且使磨料射流从试件的
－ １０８－
阴 妍等： 磨料水射流切割工艺参数的实验研究
第４期
边缘切入， 以防止射流反溅影响切割质量。在实验过程中， 只改 加速， 而且对混凝土的冲击频率也较高， 但由于其质量轻， 最终
材料破坏能力的是磨料水射流总的打击力和磨粒的微切削作
用， 以及磨料水射流的冲蚀作用。当磨料浓度一定时， 粒径越小，
射流中总的颗粒数越多。小颗粒的质量小， 容易被加速， 而大颗
粒则难以被加速。当磨料射流中的颗粒粒径较小时， 虽容易被
３．２．２ 磨料流量对切割深度的影响
对于一定粒径的磨料射流来讲， 磨料流量反映了射流中磨 料颗粒数量的多少， 影响到对材料的冲击频率， 因此它对切割深 度也必然会产生影响。
射流压力 ｐ（ＭＰａ）
图 ２ 射流压力与切割深度的关系
（“×”点为实验值，“－ － － － ”为回归拟合曲线）
３．２ 磨料参数对切割深度的影响
磨料射流之所以表现出巨大的切割能力， 其最重要的原因
就在于射流中含有 高 硬 度 、高 耐 磨 性 的 磨 料 颗 粒 。 硬 度 低 的 磨
料切削能力低， 磨料性质对加工表面质量的影响不明显， 而磨料
尺寸对加工表面质量影响则较为明显， 磨料尺寸越大， 加工面越
粗糙。因此， 对于磨料参数主要考虑磨料粒度和磨料流量对切
割 验 中 磨 料 粒 径 Ｄ 分 别 取 ０．１８０、０．２１２、０．２５０、０．３００、 ０．３５５、０．４２５、０．５００、０．６００、０．７１０、０．８５０ｍｍ 十 个 等 级 。 其 他 实 验 条件为： 压力 ｐ 为 ６ＭＰａ， 切割 速 度 ｖ 为 ０．９１ｍ／ｍｉｎ， 靶 距 Ｌ 为
水射流的喷射压力是影响水射流切割的一个重要参数， 它 决定了射流对材料的破坏能力。在一定的喷嘴尺寸和结构下， 水压主要影响到射流的速度， 水压越大， 水射流的速度就越高， 其动能也越大， 磨粒也能获得更大的动能， 射流切割能力增加， 因此， 能够达到的切深就越大。在特定的条件下， 存在最小临界 值， 当水压小于该值时， 射流不具有切割能力， 将图 ２ 的压力 － 切 深关系曲线延伸到与压力坐标轴相交， 就得到了最小切割压力。