超高压磨料水射流切割质量的实验研究

验研究了系统主要参数对几种常用材料切割质量的影响规律。分析了塑性和脆性材料的切割断面特点，为实际的工艺参数选择提供了可靠依据。

超高压磨料水射流以，俗称水刀，是在高速水射流中加人磨料粒子形成的高能磨料射流束作为唯的冷态切割技术，人。1切割具有显著的优势，如无热变形及热变质作用力小加工柔性高洁净等，几乎可以切割所有的工程材料，特别适合切割各种热敏压敏脆性复合硬及特硬等现有方法难以或不能加工的材料。人以。被认为是本世纪优先发展的主流切割技术，其技术和应用发展非常迅速，国产的数控超高压入从7坊割机在金属石材玻璃陶瓷等材料的切割应用日益广泛。

在切割速度较快时，1切割断面通常存在粗糙切割是个受材料射流和机械系统方面众多因素影响的不稳定过程，国内外对久切割机理规律和断面特征进行了大量的研究15，但对复杂的高速磨料射流还不能建立实际应用的理论模型。目前国产入。设备压力和磨料浓度较低，国外些经验模型不完全适用，而且其控制系统不能较好地适应人取7的切割特点，工艺参数的选择和切割质量的保证主要还依赖于操作者的经验。为此，针对同产识切割机的特点，本文实验研究了。7切割断面的形貌特征及系统主要参数对切割断面质璜的影响规律，为实际的参数选择提供可靠依据。

1▲，切割断面特征及其形成机理不同材料不同工艺参数的奶切割断谢形貌存在共同的特征断面上部较光滑而下部有凹凸的斜条纹，射流穿透能力较低时断面底部存在明显的凹坑区，割断面由上至下可分为以下3个区断面上部在高速磨料粒子小角度的冲击下形成较光滑的切割磨削区；随着磨料动能逐渐减小，射流发生滞后偏转，断面下部在磨料粒子大角度冲击下形成斜条纹状的变形磨削区；当射流达到，大切割深度时集中冲蚀并句上反射，在断面底部形成凹坑状的反射冲蚀区。射流滞后使得基金项湖南省点学科及教育厅基金项目资助喇造技术与机洙2OO4iT3未切穿的切穿124，切割断面条纹的形成机理大量的实验明，纯水射流对较硬的材料几乎无破坏作用。水作为磨料能贵作用，工件材，是在高能磨料粒子的高频冲击磨削作用下渐进破坏的。因此，锢的切腧力主要2胗2=料粒子的动能大小及其在射流断的分布情况决定的。在耵混合7中，磨料吸人混合腔后很难直接进人高速密实的射流束心，磨料粒子是在射流束与混砂管内壁间来回碰撞过程中得以加速，因此磨料在射流断面的浓度和速度分布足不均，的。8，1根据10测试的磨料浓度分布结果得出磨料的动能在射流断而上分布惜况3.

反，柯，1对切割断面纹理波长的分析明，切割磨削，主要是磨料粒子的作用，条纹起始区则是磨料和射流束共同作用，变形磨削区则主要是射流束的作用。

相对射流中心位，综合以分析结果，可以认为是磨料动能射流断面波浪状的分布和切割中射流的偏转滞后共同造成了切割断面斜条纹。在上部断面磨料粒子作用占优，大多数磨料的动能大于材料破坏所需的能量，因此所得的断而较光滑；随着切深的增加，射流束的作用逐渐占优，而动能大的磨料数量逐渐减少，使得射流断面磨料动能的分布波形变陡，动能高的磨料群可以完全切21切割质量的实验研究21实验参数的确定影响。切割加工质量和工艺性能的参数有8个之多5.根据现有国产设备的特点，可以把这些参数分为类第类是卞变参数，即切割前需主动设定类是因变参数，即随主变参数按定规律变化的参数，如随射流压力改变而变化的磨料流量和水流量；第4类是固定参数，即通常基本不变的参数，如水喷嘴直径混合腔结构混砂管直径和长度磨料种类及粒度靶距切割角度和喷头移动机构精度等。实验中不可能也不需要同时测试所有影响参数。对于特定的因此文实验研究射流压力和切割速度对不同材料的切割断面质量的影响规律。

能力和工件的材料种类及原度决定，通常用无错纲的质量指标来，9=1即圾人切割深度与切割工件厚度的比值，代正好被切穿工件的1上部断面区域的质量。通常9=5，9=1*粗糙，工件正好被切穿；191.5时断面底部杳射流冲蚀凹坑，=2疋较粗糙，断而下部有明显的条纹；7=3断面质虽处于光滑与粗糙之间，断面有轻微的条纹；*光滑，断面没有条纹。

实验系统实验是在国产3人氏250超高压数控水射流切割机上进行的。增压系统采用151柱塞泵，*大流景2如，压力，250 10，可通过泵电动机的变频调速系统调整。固定参数为水喷嘴直径=28，混砂管直径尤=8，混砂管民度，=76，靶距2，切割角度3=90.喷头垂直于工件平面，磨料为80的柘榴石粒度=018血。

选用以下几种常用材料作试件2354钢板=4.5铝板，=，陶瓷地砖1=7.，切割工件尖角或小圆弧处断面底部有末完全切割造成丁6恤。1.加了85工36与幢则穿材，1动能低的磨料群不能切穿材料，同时射流切割能力的减小使得射流发生滞后偏转，因而断面呈周期性出现由切穿的峰和未切穿的谷组成的斜条纹。切割断面条纹的粗糙度和条纹角度取决于切割速度与射流垂肖穿透率的比值。1切割速度恒定，条纹区的粗糙度和条纹角度随切深增大而增人。

切割断面质量指标切割断面质量指标分切割断面质量指本和，陶瓷地砖心=7.0瓜爪1.板心=8，有机玻璃板=80，人造大理石板，定义确定磨料采用十式自吸方式供给，即靠混合腔内射流产生的真空吸人，因而系统的磨料流量性能曲线应基本不变。在定条件下，混合腔内真空度的人小能体现抽吸能力。通过喷头人料口安装的真空实验测试了混合腔真空度，并用称重法测试了磨料流量，及磨料与水的流量比开=7，随射流压力的变化关系，4.由可，随着射流压力的增加，是通过柱塞泵电动机调速实现调压上升的同时；切割断面质量指本私切割断面质量指标令幻人造大理石板=10.0瓜1造技术与机洙切割断面质量指标，切割断面质量指标分，6101姻铟疏孩也快速增大，因此尺呈下降趋势；随的增加而增大，受混砂管直径的限制，随，的快速增大，中及在定高压后呈下降趋势。

实验结果与分析果5，由实验数据和实验现象可以得出以下几点规律增大射流压力或减小切割速度可以明，提，切割断面质量。射流压力的增大提高了磨料的动能，切割速度的减小增加广射流作用时间，两者实质上是提高了射流的切割穿透能力；随着射流压力的增大或切割速度的减小，切割断面条纹区的，度条纹的凸起峰值及偏斜角度都减小，而条纹出现的频率增大；随着切割深度的增大，切割断面条纹的凸起峰值及偏斜角度逐渐增大，而条纹的出现频率减小；与脆性材料相比，塑性材料的切割断面较光滑，且其断面形貌受射流压力和切割速度的影响较明显。这忐明取切割塑性材料是以塑性破坏为上，时脆性材料则以脆性破坏为主，在高速磨粒的冲击下易产生局部微破裂。