水射流切割

北京电子科技职业学院

BeijingElectronicScienceandTechnologyVocationalColleg

先进制造技术（论文）

水射流切割技术的技术原理、特点及应用实例分析

学院机械工程学院

系部机械制造系

专业机械制造及自动化

班级11机械制造2班

姓名陈志斌张丽强

指导教师龚老师

2013年10月

水射流切割技术的技术原理、特点及应用实

例分析

一摘要

水射流切割技术是近20年来发展起来的新技术和新工

艺，其发展相当迅速。文章主要阐述了高压水射流加工技术

的起源、切割原理、主要设备、技术特点和其在工业中的实

际应用。

关键词：水射流切割技术起源原理特点应用

实例

二目录

一摘要··············································2

二目录··············································3

三技术起源·········································4

四技术原理··········································4

4-1形式·········································5

4-2设备·········································5

五技术特点·········································5

六加工技术应用·····································6

6.1高压水射流清洗车的应用·······················7

6.1.1高压水管道清洗系统简介··········7

6.1.2管道系统··················7

6.1.3清洗车系统················8

6.1.4喷射枪具系统················8

6.1.5管道清洗的作业程序························8

6.1.6管道未堵死时的清洗·············9

6.1.7管道已堵死时的清洗·············9

6.1.8清洗车的工作原理及功能部件的组成······10

七致谢·······················10

八参考文献·····················11

三水射流加工技术起源

“水滴石穿”体现了在人们眼中秉性柔弱的水本身潜在的威力，然

而作为一项独立而完整的加工技术，高压水射流（WJ）、磨料水射流

(AWJ)的产生却是最近三十年的事，利用高压水为人们的生产服务始

于十九世纪七十年代左右，用来开采金矿、剥落树皮，直到二战期间，

飞机运行中“雨蚀”使雷达舱破坏这一现象启发了人们思维。直到本世

纪五十年代，高压水射流切割的可能性才源于苏联，但第一项切割技

术专利却在美国产生，即1968年由美国密苏里大学林学教授诺曼.

弗兰兹博士获得。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多种材料，其设备

年增长率超过20%。

四技术原理

水射流切割是将超高压水射流发生器与二维数控加工平台组合

而成的一种平面切割机床。它将水流的压力提升到足够高（200MPa

以上），使水流具有极大的动能，可以穿透化纤、木材、皮革、橡胶

等，在高速水流中混合一定比例的磨料，则可以穿透几乎所有坚硬材

料如陶瓷、石材、玻璃、金属、合金等。在二维数控加工平台的引导

下，在材料的任意位置开始加工或结束加工，按设定的轨迹以适当的

速度移动，实现任意图形的平面切割加工。

4-1形式水切割的形式从水质上分，有纯水切割和加磨料切割；

从加压方式上分，有液压加压和机械加压；从机床结构上分，有龙门

式结构和悬臂式结构。

4-2设备一套完整的水切割设备由超高压系统、水刀切割头装

置、水刀切割平台、CNC控制器及CAD/CAM切割软件等组成。

五技术特点

1、无切割方向的限制，可完成各种异型加工；

2、水刀在工件上所产生的侧向力极小，可降低设定时间及节省使用

夹具成本；

3、水刀加工不会产生热变形，避免了材料的物理、化学变化；

4、切口光滑平整无毛刺，不需二次加工，可节省时间及制造成本；

5、水刀加工切割速度快，效率高，加工成本低；

6、广泛适应于各种材料的切割加工，有“万能切割机”之誉；

7、由数控系统操纵，切割精度高；

8、切割缝小于1.2mm，便于套料切割，节约材料；

9、加工过程不会产生污染环境的废料。

六水射流加工技术的应用

水射流技术因其本身的特点及优势在工业切割、清洗领域应用已

十分广泛。

切割方面：纯水应用于造纸业、橡胶业等，而加砂水刀则可应用

于石材业、陶瓷业、航天航空业，汽车制造业、金属加工业。尤其值

得一提的是汽车制造业，随着近几中国汽车工业的迅猛发展，国内外

各大汽车生产厂商产量地极剧扩大，车型地不断更新，生产周期地缩

短，对配套的汽车内饰件(如汽车地毯、仪表板、顶蓬等)厂家来说，

早期手工加工汽车内饰件的切边及打孔的方法，由于效率低下、产品

精度差、劳动强度大，显然已不能满足当前汽车业发展的需求。此时，

与机器人相结合的水射流设备脱颖而出。高压水管以螺旋形绕在机

器人手臂上，利用机器的手臂和手腕可使水切割头的喷嘴快速沿直线

或弧线运行，达到3维加工内饰件的目的。此种加工方式的优点在

于高效率、高质量、精度高、柔性好。目前国内包括上海大众、上海

通用、一汽大众、天津丰田、广州本田、神龙富康、南京南亚等众多

车型的内饰件配套厂商已使用高压水射流设备进行内饰件的加工。

工业清洗方面，可应用于汽车业之喷漆房清洗、成本高波，哦、

飞机跑道之橡胶清洗、工业上之除锈及防蚀工程表面处理、航天工业

引擎零件之清洗、石油化工分馏塔内构件、核能发电厂之清除辐射污

染等行业。

除了以上所介绍的应用领域以外，近几年，国外已有公司通过超

高压技术，将其应用于食品杀菌达到食品保鲜的目的，并已成功打入

食品保鲜行业(如美国著名的HEMELL公司已使用超高压设备进行食

品保鲜)，取得了良好的口碑。

下面将列举水射流技术在清洗方面的实例进行详细分析。

6.1高压水射流清洗车的应用

6.1.1高压水管道清洗系统简介

高压水管道清洗系统由3部分组成，即由管道系统、清洗车系统

及喷射枪具系统组成，详细组成示意图见图1.

1.联络井1:2.联络井2;3.下游管道;4.清洗管道;

5.上游管道;6清洗车;7高压胶管;8清洗喷头

图1高压水管道清洗系统

6.1.2管道系统

管道系统十分复杂，这里暂不详述。仅就我们清洗工作的需要，

简化如图1。序号1及2为清洗工作联络井，通常有30一50m距离。序

号3,4,5分别为下游管道，清洗管道和上游管道。管道由右向左向下

倾斜，如箭头所示。污水也是从右向左方向流动。这就是一段完整的

管道清洗系统图。

该段管道4清洗完毕，清洗车向前(图示向右)移动一个联络井的

距离，继续进行下一段管道清洗。

6.1.3清洗车系统

清洗车系统如图1序号6所示。它由承载卡车、高压水泵、驱动机、

水箱、卷筒及各类控制阀组成。是高压水的发生装置及运送设备。

6.1.4喷射枪具系统

喷射枪具系统由高压胶管7及清洗喷头8(亦称鼠头)所组成。它是

高压水的接受系统及压力能转变为速度能的能量转化系统。

6.1.5管道清洗的作业程序

现在我们欲清洗联络井1和2之间的管道4首先将清洗车停放在

下游井即联络井1的附近，将高压胶管7及喷头8放入并导入管道4的

水平入口内。开动清洗车，喷头8获得高压水后即可依靠向斜后方喷

射的高压水射流，边自动向前推进边清洗管壁的结垢物。将结垢物打

落到管子底部之后，再依靠射流的前推后拉作用，将垢物排出管外，

此段管子即被清洗干净。清洗后通常可见到金属管壁，其清洗效果就

像一段新铺设的管子一样。

管道清洗程序对管道清洗效果和清洗效率影响很大，在清洗之前

必须对管道的直径、埋深、污水流向及管道的堵塞程度等因素调查清

楚，然后根据情况采用下述相应程序进行清洗。

6.1.6管道未堵死时的清洗

开动高压水清洗机后，喷头8靠喷射反力的作用，直奔联络井2

的方向快速驶去，当喷头快到联络井2之前，停止高压水的供应，或

者制动住放送高压胶管的卷筒，于是喷头也就停止在小井2的旁边，

完成喷头的送进行程。

当重新向喷头8供给高压水后，射流即向斜后方喷射。同时反方

向开动卷筒，卷筒开始缠绕高压胶管，靠高压胶管的回抽牵引力将喷

头拉向左方。这时喷头边冲刷、剪切管上的结垢物，边靠射流的高速

水流带回管底被打落下来的结垢物，直至喷头返回到联络井1附近为

止。

如果被清洗管道4尚未清洗干净，靠射流喷射反力将喷头再送到

联络井2，再重复一遍上次的动作将垢物打落并全部拉回到小井1，管

内垢物即被彻底清、洗干净。

6.1.7管道已堵死时的清洗

如图1所示，当欲清管道4已被垢物或堵塞物全部堵死时，这时需

用自进式但前边带孔且能向前直射的喷头。喷头前边直射的喷孔发出

的射流首先将堵死的管道打出一个大于喷头直径的小孔，然后自己钻

进管道中，同时靠后向斜喷的射流扩大钻孔，即可使喷头边冲蚀垢物

边不断地前进。应当说明，这时对具有30-50m长度的管道4的清洗

需多段进行。即清洗一段，排渣一段，再清洗一段，再排渣一段，直

至将需清洗管道4全部清洗干净为止。即对堵死的管道必需按分段法

逐段进行清洗。

6.1.8清洗车的工作原理及功能部件的组成

所谓功能部件即是与清洗机吸水过程、排水过程和喷头喷射过程

直接相关的部件。其组成及工作原理如图2所示。

图2中序号4至8为清洗机吸水过程，序号8至12(或11)为排水过

程，序号12(或11)至15(或16)为喷射枪具工作过程。

1.水位计;2.水箱进水管;3.水箱过滤器;4截止阀;

5.压力表;6.泵进水截止阀;7泵进水过滤器;8三

柱塞高压水泵;9.调压阀;10安全阀;I1.手动铰车;

12液压卷筒;13水箱;14.泵吸水管;15喷头;16.

喷枪;17,18.高压胶管

图2高压水射流清洗机工作原理图

七致谢

经过几周的查资料、整理材料、写作论文，今天终于可以顺利的

完成论文最后的谢辞了，想了很久，时光匆匆飞逝，三年多的努力与

付出，随着第一篇论文的完成，我们的毕业也即将接近尾声。

论文得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢老师渊博的

专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，其次也离不开其

它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在整个的论文写作中，各位

同学和朋友积极的帮助我查阅资料和提供有利于论文写作的建议和

意见，在他们的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写

完了整个论文。另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，

是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成

的基础。

再次感谢在大学传授给我知识以及给我帮助和鼓励的老师，同学

和朋友，谢谢你们。

八参考文献

[1]高压水射流清洗车的应用百度文库

[2]应用超高压水射流切割技术拆除焦化分馏塔内构件

(中国石油化_T-股份有限公司金陵分公司，江苏南京210033)