磨料射流加工技术的发展与研究现状
磨料水射流抛光技术及其发展
邵飞等 磨料水射流抛光技术及其发展磨料水射流抛光技术及其发展邵飞,刘洪军,马颖(兰州理工大学有色金属新材料重点实验室,甘肃兰州730050) [摘 要] 磨料水射流抛光技术是应用于表面抛光加工的新技术。
利用含有细小磨料粒子的抛光液在高压作用下,与工件表面发生冲击、冲蚀而微去除材料,以达到抛光目的。
论述了磨料水射流抛光技术的基本原理和特点,以及影响抛光效果的主要工艺参数,并对其发展趋势进行了展望。
[关键词] 磨料水射流;表面抛光;磨料;工艺参数[中图分类号]TG175;TP69 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2007)03-0064-03Polish i n g Techn i ques and D evelop m en t of Abra si ve W a ter JetSHAO F ei,L I U H ong 2jun,M A Ying(Key lab .of Advanced Non 2ferr ousMaterials,Lanzhou University of Science and Technol ogy,Lanzhou 730050,China )[Abstract] Polishing technique of abrasive water jet (AWJ )is an advance p r ocess which can be app lied t o sur 2face polishing .It makes use of high p ressure liquid which has tiny abrasive t o for m an effect of i m pact and er osi on on work 2p iece for polishing pur pose .The postulate and s pecialty of AWJ were summarized .The mostly technique para meters were illum inated .The tenydency of AWJ was vie wed .[Key words] Abrasive water jet;Surface polishing;Abrasive;Pr ogress para meter0 引 言[收稿日期]2006-11-31[作者简介]邵飞(1976-),男,江苏宜兴人,在读硕士,主要从事S LA 原型表面处理的相关技术研究。
我国磨具磨料行业发展现状与趋势深度解析
中国磨具磨料行业发展现状与趋势深度解析一、磨具磨料行业发展概况1、磨具磨料行业发展简史新中国的磨料磨具行业从零起步，从无到有，由小变大，经过半个多世纪的自力更生，艰苦奋斗，逐渐建立起相对独立、完整的磨料磨具研发、制造、检测体系，尤其是在改革开放以后的十多年里，更是取得了突飞猛进的发展，在上个世纪九十年代，我国磨料磨具行业与世界先进水平的差距曾经大大缩小。
但是，由于世界材料技术、机械加工工艺和技术，以及科研手段的迅猛发展，在世纪之交的一段时间里，国外磨料磨具行业发展迅速，新技术、新产品、新工艺不断涌现；而这个时期我国的磨料磨具行业正处于工业管理体制变革、企业转轨变型、产业组织结构调整的阶段，原有的产业布局被打乱，新的市场秩序正在探索建立，行业发展和技术进步一时处于停滞状态，使得本来已经缩小的差距又被迅速拉大。
在计划经济时期，我国磨料磨具行业是以原来第一机械工业部所属的七家砂轮厂为主导厂，再辅以各省、自治区、直辖市所属的地方砂轮厂而形成一个磨料磨具制造体系。
现在，经过改革开放三十年的市场考验、资源整合、兼并重组，原来的七家部属企业除了在原国第四砂轮厂基础上成立的山东鲁信高新技术产业股份有限公司以外，其他几家企业基本处于停滞或经营十分困难的状态，其地处沈阳的国第一砂轮厂早已破产；国第二砂轮厂后来也成为上市公司，公司注册文全称“白鸽股份有限公司”，现在已经分解为几个小企业，经营面临困难；第三砂轮厂、第六砂轮厂并入第七砂轮厂后，未能解决其发展问题，几次分分合合，大伤元气，七砂集团也面临破产，其生产经营部分也已经分解为几个小的企业，凭借资源（主要是电价和原料）优势艰难运行；而第五砂轮厂主要是生产制造硅碳棒产品，基本上已经不属于磨料磨具行业的范畴。
改革开放后，我国涌现出了一大批民营磨料磨具制造企业，虽然这里面也不乏推动行业发展和技术进步的优秀企业，但大量的民营企业仅仅是凭借其灵活的经营机制，依靠从原国有主导厂“挖”来的技术工人，在进行比较简单的低档次产品的重复生产和恶性低价竞争，使我国的磨料磨具行业仍然在总体上处于较低水平阶段，产品的技术含量和附加值都比较低，即使是出口量较大的磨料产品，也往往是凭借廉价的资源和人工优势，在为国外先进磨具制造企业提供廉价的原材料。
微磨料气射流成形加工表面粗糙度的研究
微磨料气射流成形加工表面粗糙度的研究近年来，随着微磨料气射流成形技术的发展，表面粗糙度的研究受到了越来越多的关注。
微磨料气射流成形技术结合了传统的机械切削技术和现代的高压气体射流技术，可以实现高精度、高质量的加工，具有良好的效果。
本文以料流性能试验、轮廓精度测量、表面粗糙度测量三部分，对加工表面粗糙度进行了深入的研究和分析，以探究微磨料气射流成形技术的精确性及影响表面粗糙度的主要因素。
首先，本研究采用料流性能试验的方法，分析了加工参数料流量、成形压力等因素的影响。
结果发现，料流量和成形压力对成形效果有明显的影响，其中料流量越大，成形压力越大，成形效果越好；而当料流量增大时，成形压力增加，则料流性能会受到影响，从而影响加工表面粗糙度。
其次，本研究使用轮廓精度测量仪，测量了加工表面形状，研究了料流量、成形压力等参数对轮廓精度的影响。
结果表明，料流量和成形压力对轮廓精度也有重要的影响，随着料流量的增加，曲率半径得到明显的改善，并且随着成形压力的增加，表面形状的精度也有所改善。
最后，本文使用表面粗糙度测量仪，测量了加工表面粗糙度，研究了料流量、成形压力等参数对表面粗糙度的影响。
结果发现，料流量和成形压力对表面粗糙度也有明显影响，表面粗糙度与料流量和成形压力呈正相关，即料流量越大，成形压力越大，表面粗糙度越高。
通过以上研究和分析，可知微磨料气射流成形技术对表面粗糙度的影响较大，料流量和成形压力是影响表面粗糙度的主要因素，而且这两种参数对表面粗糙度呈正相关性。
因此，在实际应用中，我们需要合理控制加工参数，调整料流量和成形压力，以获得理想的表面粗糙度。
总之，本文以料流性能试验、轮廓精度测量、表面粗糙度测量等方法，对微磨料气射流成形技术的加工表面粗糙度进行了深入的研究和分析，得出了料流量和成形压力是影响表面粗糙度的主要因素，并且这两种参数对表面粗糙度呈正相关性的结论，为进一步提高微磨料气射流成形技术的表面粗糙度提供了参考。
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。
超高压磨料射流切割系统及其关键技术研究
超高压磨料射流切割系统及其关键技术研究1. 引言超高压磨料射流切割技术是一种利用高速旋转的磨料射流对材料进行加工的方法。
该技术具有速度快、精度高、效率高、成本低等优点，因此在工业生产中被广泛应用。
本文从超高压磨料射流切割系统及其关键技术方面进行研究和探讨。
2. 超高压磨料射流切割系统2.1 系统组成超高压磨料射流切割系统主要由高压泵、压力管路、控制系统、切割头、磨料箱等组成，如图1所示。
图1 超高压磨料射流切割系统组成高压泵是系统的核心部件，其作用是将水压力提高到100MPa以上，并将水送入磨料箱中。
压力管路将高压水传递到切割头中，切割头将高压水和磨料混合后喷出，完成切割工作。
控制系统主要用于控制切割头的运动轨迹和喷射压力等参数。
2.2 系统特点超高压磨料射流切割系统具有以下特点：（1）高速旋转的磨料射流具有很强的切割力，能够对各种硬材料进行切割。
（2）磨料射流的直径小，切割精度高，切面光滑。
（3）该系统适用于各种形状、各种材质的工件，具有很强的通用性。
（4）系统操作简单，成本低，可广泛应用于工业生产中。
3. 关键技术3.1 磨料磨料是超高压磨料射流切割中十分重要的一环，磨料的选择直接影响到切割质量和效率。
常见的磨料有金刚石、碳化硅、氧化铝等。
金刚石磨料切割效率较高，但成本较高；碳化硅磨料成本相对较低，在对非金属材料进行切割时表现较优；氧化铝磨料在对钢材等金属材料进行切割时效果较好。
3.2 磨料喷嘴磨料喷嘴是将高压水和磨料混合后喷出的关键部件。
其喷嘴口径、喷嘴设计、内壁涂层等都会影响到磨料射流的稳定性和喷射效果。
喷嘴口径越小，磨料射流的速度越高，能够获得更高的切割效率；喷嘴设计直接影响到磨料射流的稳定性和方向性，设计合理的喷嘴能够使切割面光滑，减少破碎和毛刺等缺陷。
3.3 切割头切割头是喷出高压水和磨料的部件，其结构和材料也对切割效果有影响。
切割头必须具有高压耐受性和磨损性，常见的切割头材料有钨钢、陶瓷等。
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，
磨料水射流加工结构陶瓷及陶瓷基复合材料的研究
图7避免打磨过渡表面气孔等缺陷。
②根据《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》RCCM2000版+2002补遗J册要求对于换料水箱所有对接焊口焊后均需进行100%液体渗透和射线检验，任何裂未熔合、蜂窝状缺陷、未焊透或咬边，任何长度大于或e/3两值中较小者的气孔（e：壁厚），都应拒收，于管壁薄，稍微大一点的缺陷都有可能超标。
③经过后期的射线检验，5号机换料水箱的一次检验合格率由刚开始的83%到最后的96.5%，表4为工艺方法使用前和使用后透视对比。
表4工艺方法使用前和使用后透视结果对比类型未熔气孔夹渣合计/总数使用前使用后231241126/1455/1456结论从射线检验的结果表明，所采用的焊接工艺方法是可行的，焊接一次合格率从起初的83%到96.5%满足合同要焊接质量优良，变形量小，得到了广核业主的一致好同时也为广东火电在核电建设中创下了良好的口碑。
参考文献:[1]压水堆核岛机械设备设计和建造规则.RCCM2000图6焊接顺序焊接示意图图1磨料水射流设备的示意图[6]通过增压系统，可将水压提高至700MPa，甚至以上。
高压水通过水路系统进入喷头，主要在真空卷吸作用下，磨料与高压水在喷头内的混合腔内混合后，从仅有数十微米到几毫米的混合喷嘴中喷出，其速度可以达到音速的两、三倍。
根据动能方程（式1），动能与速度的平方成正比，因此磨料水射流具有极高的动能。
（其中E磨料-磨料的动能的质量（kg）；P-压力（Pa）；ρ（m/s2）；Q-流量（m3/s）。
遇到陶瓷靶材后，巨大的磨料水射流的动能造成陶瓷磨料水射流切割陶瓷基复合材料的研究报道较少，磨料水射流是否适用于加工陶瓷基复合材料仍没有定论。
这也限制了使用磨料水射流加工陶瓷基复合材料。
参考文献:[1]CARTER C B,NORTON M G.Ceramic materials:engineering [M].New York:Springer,2013.[2]KRENKEL W.Ceramic matrix composites:fiber reinforced ceramics and their applications [M].Darmstadt John Wiley [3]LOW I -M.Advances in ceramic matrix composites Cambridge:Woodhead Publishing,2014.[4]FOLKES J.Waterjet —An innovative tool for manufacturing （a ）磨料水射流喷射方向平行于复合材料内的纤维轴线时，材料钻孔出口处的形貌（b ）磨料水射流喷射方向垂直于复合材料内的纤维轴线时，材料钻孔内的形貌图2。
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。
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磨料射流加工技术的发展与研究现状
胡焰;陈加东;戴庆文;黄巍;王晓雷
【期刊名称】《表面技术》
【年(卷),期】2022(51)11
【摘要】与其他加工技术相比,磨料射流因具有无热损伤、高柔性、材料适用性强等特点,一直是国内外学者研究的热点。
近年来,磨料射流被广泛用在微切割、微流道制备、表面抛光等领域,其发展趋势已经由宏观尺度向微观尺度转变,由粗加工向精加工转变。
从射流的本质或根源来看,传统技术主要分为(磨料)水射流、浆体射流和磨料气射流。
首先对上述各射流技术的发展背景、工作原理进行了综述。
此外,还介绍了最近出现的多相射流和高压浆体射流等新技术。
面对复杂的应用需求,如何挑选出合适的射流技术是一个难题。
鉴于此,对各磨料射流技术的射流速度、工作压力、射流束直径、侵蚀轮廓和加工机理进行了深入分析和比较。
最后对各磨料射流技术在微流道制备和表面光整加工等领域的应用情况以及存在的问题进行了论述,并详述了多相射流和浆体射流在表面抛光方面的优缺点。
结果表明,磨料气射流拥有低压高速的优点,可以快速地去除材料。
磨料气射流的缺点是射流易发散,需要结合掩模制备微流道。
目前,掩模磨料气射流能加工宽度低至10μm的微流道。
浆体射流和磨料水射流的射流束直径已经可低至50μm,能直接在表面刻蚀出大于50μm的微流道。
抛光应用中,浆体射流的材料去除率远低于磨料气射流,但表面粗糙度要好。
考虑到两者的优点,多相射流试图在磨料气射流和浆体射流之间建立一个桥梁。
同时,与浆体射流的W形侵蚀轮廓相比,多相射流的U形侵蚀轮廓更有利于表面抛光。
【总页数】19页(P80-98)
【作者】胡焰;陈加东;戴庆文;黄巍;王晓雷
【作者单位】南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V261.25
【相关文献】
1.微型磨料射流加工技术的现状及应用前景
2.微磨料水射流加工技术的发展
3.微磨料空气射流加工技术的发展
4.磨料水射流加工技术的研究现状
5.磨料水射流切割技术研究现状及其发展趋势
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