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水射流切割机机械结构设计

时间：2016-02-14 18:07:39 下载该word文档

水射流切割机机械结构设计

摘要

水射流切割技术是近几十年来新兴的一种环保高效的冷加工技术。与目前的加工制造技术相比它所具有众多优点，如切割方向无限制、材料几乎没有热变形物化属性影响极小、切割精度高速度快并且成本低等优点。特别是在工业切割和清洗领域水射流切割技术应用广泛。本设计将水射流切割技术应用于切割岩芯实验材料，解决目前岩芯切割试验材料形状不符问题。针对目前岩芯属性测量试验中物料的形状、力学性能难以满足实验要求的问题，设计一种基于水射流切割技术的岩芯制备机。使用水切割的方法，对岩芯进行切割。和传统的切割方法相比，采用这种加工方法可极大的减少材料的热变形提高了加工精度，同时噪音相对较小，工人的工作环境得到改善。采用XYZ悬臂滑轨结构、机电一体化与超高压系统技术联合使用，实现对水射流切割岩芯制备机设计。与目前的岩芯制备技术相比，满足了岩芯属性测量试验对物料的要求。水射流切割技术必将是一个发展趋势。本文对水射流切割岩心制备机机械结构设计以及高压零部件的选型做了详细地说明。

关键字：水射流切割；岩芯切割；结构设计

Water jet cutting rock mechanical design of preparation machine

ABSTRACT

Water jet cutting technology is emerging in recent decades an environmentally friendly and efficient cold technology. Compared with current manufacturing techniques it has many advantages, such as cutting direction unrestricted, material properties almost no heat distortion materialized minimal impact, cut precision high-speed fast and low cost. In the field of industrial cutting and cleaning applications are relatively extensive. The design of water jet cutting technology to cut core experimental materials, solve the core problem does not match the shape of the cutting test material. For the shape of the core material property measurement tests present, the mechanical properties of the problem are difficult to meet the test requirements, the design of a water-jet cutting core preparation machine. Use water cutting method, the core cutting. Compared with traditional cutting methods, using this processing method can greatly reduce the thermal deformation of the material to improve the machining precision; while the noise is relatively small, the workers' working environment has been improved. XYZ cantilever structure using rail, mechatronic systems and ultra-high pressure technology in combination, to achieve the water jet cutting core preparation machine design. Comparing with the current core preparation technology, the result can meet the property measurementtest requirements. Water jet cutting technology will be a trend. This paperis prepared for water jet cutting machine mechanical design and selection of high-pressure core components made described in detail.

Keyword:Water-jet Cutting；Cutting core；Structure Design

第一章绪论 1

1.1 水射流技术的发展历史及应用 1

1.2 水射流切割的特点 1

1.3 水射流切割技术的应用 2

1.4 水射流切割岩芯制备机机械结构设计背景 2

第二章水射流切割机的结构设计 3

2.1 水射流切割的基本原理 3

2.2 水射流切割岩芯制备机机机械结构方案 4

2.2.1 水射流切割岩芯制备机机械结构设计要求 4

2.2.2 方案选择 4

2.3 水射流切割岩心制备机机械结构设计计算 5

2.3.1 增压器的设计与计算 6

2.3.2 油泵及油泵电机的确定 7

2.3.3 水泵以及水泵电机的确定选择 8

2.3.4 蓄能器的型号选型 8

2.3.5 液压缸的设计 9

2.3.6 悬臂滑轨的选择 11

2.3.7 喷嘴结构的设计 12

第三章机床的误差来源与分析 13

3.1 误差和误差来源 13

3.1.1 研究误差的意义 13

3.1.2 误差的来源 13

3.2 误差传递的规律 13

3.3 水射流切割岩芯制备机的误差以及较小误差的措施 14

3.3.1 自身误差和安装误差 14

3.3.2 减小误差采取的措施 14

第四章水射流切割机的维护和润滑 17

4.1 液压元件的维护与安装 17

4.2 XYZ滑轨光杆轨道、丝杠螺母副以及轴承的维护与润滑 17

第五章结论 18

参考文献 19

附录 20

英文原文 20

译文 25

致谢 30

可提供毕设所需资料

1、三维图100个左右（基于SolidWorks）

2、二维图17张（A0图纸1张，A1图纸3张，A2图纸2张，A3图纸2张，A4图纸9张）

3、文献翻译一篇

4、论文一篇（也可提供免费排版）

5、讲解PPT

联系方式：qiufeng3577

第一章绪论

1.1 水射流技术的发展历史及应用

水射流切割是近几十年来新兴的一种环保高效的冷加工技术。目前，无论是机械、汽车行业领域，还是航空、工艺品加工行业领域对高压水射流和磨料水射流技术的应用需求较大，推动了相关技术研究地突飞猛进。实际上，早在上世纪的七十年代左右，人们就已将水射流技术应用于生产生活中，如剥落树皮和金矿开采等。在上世纪二战期间，飞机飞行时常碰到“雨蚀”现象，往往造成雷达舱破损严重，进而启发了人们对水射流潜在威力的开发与使用[1]。

随着水射流技术应用于采煤业并且不断地推广，人们逐渐地意识到提高水的压力同时相应地减小喷嘴直径，可以明显地提高水射流冲击力的强度。于是人们开始研究更高压力的压力源及其设备。

到20世纪80年代，随着水射流技术优势越来越突出，其应用范围随之扩大到我们生活工作的各个领域中。大量的各个领域的水射流机械设备相续诞生。为了增加水射流切割力和切割强度扩大其使用范围，20世纪末期美国以为科研机构设计出了一种超高压磨料水射流切割试验装置，让水射流的切割能力得到了大大提升，范围扩大到各种硬质合金钢、硬度大的陶瓷、大理石等硬度较高的材料领域。

近30年来超高压水射流的使用有了天翻地覆的进展让人吃惊，20世纪90年代，中国开始了开发研制各类水射流设备，仅仅15年时间，目前已经拥有数十家较强的制造水射流设备的企业，年产量达到500~800台总产值达约2亿元，这一数据让世界各个国家都感到生畏。

1.2水射流切割的特点

水射流切割是将纯水或磨料与水的混合物加压到200~400Mpa使水流速度达900 ~1000m/s，并从直径为0.2mm~0.6mm的喷头小孔中喷射出来对材料零部件进行切割的技术[2]。磨料水射流切割别名也叫加砂水射流切割，水射流从喷嘴通过喷嘴头小孔喷出时借助水射流在喷嘴体中与加磨料管入口处的压强差，从磨料料斗中吸入磨料并将其与水混合到近似均匀。此时水射流的动能一部分传递给磨料与水流一起喷出，水射流的威力大大增加，用此种水射流可以切割各种较硬的材料。由于所采用的是水射流，而且流速快，因此没有热变形存在，保证了材料的物化性能。考虑到喷嘴喷头的压强特别大，因此必须使用特殊材料，喷嘴的材料常为红宝石和金刚石等高硬度材料[3]。切割的入口可以从零件表面的任意位置开始切割。切口宽度较小，一般情况下纯水切割时为0.3mm~0.6mm，加砂水射流切割时为1.2mm~1.7mm，不但降低了能耗，同时也节省了材料。

1.3水射流切割技术的应用

水射流切割技术属于一种冷加工技术，具有切割方向没有限制、对材料物化属性影响小、切割精度相对较高成本低、采用水切割因此材料内部不会出现热变形现象等优点。在工业切割、清洗领域应用已十分广泛。

按水射流切割所采用的材料为纯水切割和加砂水射流切割也即是磨料水射流切割技术。纯水切割主要应用于造纸业、木材、布匹、塑料等软质材料，而加加砂水射流切割技术则主要应用于硬度较大的材料加工，如大理石切割与雕刻、陶瓷加工业、汽车模型制造[4]。对加工汽车内装饰件的企业来说，传统的加工方法效率低下、产品质量差而且劳动强度巨大，已远远不能满足当前发展的需求。随着水射流技术日新月异的变化和高速的发展，水射流技术和数控技术的联合使用得到了人们的青睐，随之基于数控系统控制的水射流切割设备脱颖而出。

水射流不仅仅可以用来切割零件，当压力较小时可应用于清洗行业。目前，国外已有公司通过超高压技术将其应用于食品行业，推动了在食品行业水射流技术的广泛应用。

1.4水射流切割岩芯制备机机械结构设计背景

针对目前岩芯属性测量试验中物料的形状、力学性能难以满足实验要求的问题，本设计研制了一种水射流切割岩芯制备机。使用水切割的方法，对岩芯进行切割，其具有无切割方向之限制、对材料物化属性影响小、切割精度高速度快、成本低、环保、无热变形等优点。采用悬臂滑轨结构、机电一体化与超高压系统技术，实现对水射流切割岩芯制备机机械结构的设计。与目前的岩芯制备技术相比，满足了岩芯属性测量试验对物料的要求。

第二章水射流切割机的结构设计

2.1水射流切割的基本原理

水射流的原理相对比较复杂其原理是：使用高压泵、增压器装置将水流或纯水与磨料的混合液加压至200~400MP，从直径为0.2~0.6mm的特制喷嘴喷头小孔内喷出,可产生一股力度达近万牛的水射流，使用这股水流可以对目标零部件材料进行切割[4]。超高压水射流的形成关键技术是增压系统的设计，主要的组成部分有增压器、高压泵和超高压蓄能器。从油泵来的低压油推动增压器低压腔的大活塞，增压器高压腔内通入低压水，在增压器的往复运动作用下，低压水被小活塞压缩后压强迅速升高，压力增大的比例为增压器的增大比例，一般增大到200~400Mpa。考虑到水射流的喷嘴口径特别小，因此供水系统中的水要进行净化处理后，才可输送给增压系统。由于增压器的往复工作原理使得喷嘴喷出的水射流存在压力脉动。这种脉动冲击力不利于水射流技术的使用。因此必须消除，将高压水流先通入超高压蓄能器，蓄能器的作用就是消除脉冲压力，之后再将水射流输送到喷嘴，此时水流的脉冲被大大的减小，从而达到稳定压力的目的。所采用的水射流设备水压越高水射流速度越快，则所需要的高压零部件精度要求越高。