对任何加工工艺,加工速度和所需功率都是表征工艺性能的主要 参数指标,水射流作业也不例外,不过当射流用于不同作业目的时, 其速度指标参数的含义略有不同。 对射流切割作业,其速度含义是切割一定厚度的某种材料并具有相当切除质量时的喷嘴(或工件)进给速度,其要点是切割速度(喷嘴或工件进给速度)、切割材料厚度(或切割深度)及切缝质量。 而就射流清洗剥层类作业而言,其速度的含义是单位时间内达到质量要求的清洗剥层面积。 两者主要差别在于:前者只强调作业时射流单位时间内走过的距离,而后者考虑的是单位时间内射流作用的面积。
不难看出,无论射流用千何种作业,影响并决定其作业速度的主要因素有:射流基本参数,首先是射流压力和喷嘴几何尺寸(主要是喷嘴直径);被加工材料的物理及机械性能;射流与工件间的位置关系(靶距 及喷射角度)。 我们往往把射流性能指标参数及对其有决定或主要影 响作用的参数统称为射流工况参数,主要是射流压力、喷嘴形式和喷嘴直径、材料特性、靶距、喷嘴(或工件)进给速度、射流介质及射流功率等。 所谓最佳工况,是指在同等条件下,使作业速度达到最快而射流功 率又最小,即速度功率比最大的工况参数匹配。
对高精度加工的基本要求包括尺寸误差、表面粗糙度、圆角和直边以及去除毛刺等。 影响到精度及工艺性能的磨料射流(包括水射流)参 数有18个11)。其中,射流系统参数有水压力、水流量、磨料材料、磨料粒度、磨料流量、磨料混合工况、混合腔结构、磨料喷嘴(混合管)直径、 磨料喷嘴(混合管)长度、磨料喷嘴(混合管)材料等10个;机械系统参 数有:进给速度、执行机构精度和复现性、靶距、往复次数、工件材料、射 流入射角(切割角)、进给和转向速度、停留时间(穿透)等8个。 在这18个参数量中,前10个是磨料射流系统参数,它们可用作为工艺优化的控制变量。
磨料射流系统已被用于加工难加工的材料,如超级合金、高级陶瓷以及合成材料等,如果没有额外增加射流排出压力的话,采用纯水射流 切割这些材料几乎是不现实的12) 。例如,在p= lOOMPa、d,,=O.2mm 的相同工况下,磨料射流与纯水射流相比较,被加工材料相对千射流的 进给速度增加比值如下:对硬质PVC(σb = 55MPa),由3.3mm/s增加到9.6mm/s,达2. 9倍;对玻璃纤维板材(σb, = 230MPa),由1.6mm/s 增加到5.8mm/s,达3.6倍;对铝合金板材,由0. 93mm/s增加到8. 16mm/s,达8. 7倍。不均匀的表面粗糙度分布是磨料射流切割的一个特征,切缝表面 质僵随射流到达切缝底部而下降。 射流切割的切缝质量通常取决于工 艺参数,同时也取决于工件的几何尺寸——厚度。
射流切割材料分为两个阶段。 在切割的第一阶段,磨粒以小角度冲击而产生相对光滑的表面,与这种切割过程有关的材料切割现象称为磨蚀切割作用过程;第二阶段呈现出了带条纹痕迹的不稳定切割,称为变形切割区,这是后续穿透过程,对在切缝底部的条纹状痕迹起主要作用,材料的切割是由磨粒以大角度冲击磨蚀 造成的。