水射流技术及工程应用

1、对水射流技术的理论与在机械、国防等领域的应用进行全面介绍。

 

本书对水射流技术的理论及其在机械工程中的应用做了较全面的论述。全书共分八章，第1章水射流技术概论，主要讲述水射流技术原理、水射流技术发展历程、国内外研究动态以及水射流技术的应用；第2章讲述纯水射流技术理论基础、系统组成、水射流结构特征与基本参数、水射流打击力模型和水射流冲击破坏理论；第3章讲述水射流打击力增强技术，包括减阻液水射流、空化水射流、脉冲水射流、磨料水射流等技术；第4章涉及磨料水射流切割技术，包括磨料水射流切割的一般特征、磨料水射流切割过程中的温度分布、磨料水射流切割工艺参数、磨料水射流切割理论等；第5章涉及磨料水射流精密切割控制技术，包括磨料水射流精密切割表面质量控制技术、磨料水射流精密切割几何精度控制、磨料水射流精密切割的运动控制和磨料水射流精密切割的优化处理技术等；第6章涉及磨料水射流精密特种加工技术，包括磨料水射流精密切割厚材料、磨料水射流精密钻孔加工、四轴联动精密切割加工异形零件、磨料水射流车削加工、磨料水射流铣削加工、磨料水射流超精密磨削加工和磨料水射流抛光技术等；第7章介绍了水射流技术在机械工程中的典型和创新应用；第8章介绍了水射流技术在军工和国防领域的应用。本书可以作为从事水射流技术研究、开发及其他相关工程技术人员的参考用书，也可以作为高等院校本科生、研究生开设相关课程的教学参考用书。

第1章水射流技术概论

1.1水射流技术原理和典型组成1

1.2水射流技术的产生和发展过程2

1.3水射流技术研究动态4

1.4水射流技术的分类及特点6

1.5水射流技术的应用概况8

1.5.1水射流工业清洗8

1.5.2水射流切割材料9

1.5.3水射流材料表面处理12

参考文献13

第2章纯水射流技术

2.1水射流技术基础理论14

2.1.1水的物理特性14

2.1.2流体动力学基本方程15

2.1.3孔口流动基础理论18

2.2纯水射流系统18

2.2.1直驱式超高压泵18

2.2.2液驱超高压增压缸19

2.2.3气驱超高压增压缸20

2.3水射流喷嘴组件21

2.3.1喷嘴结构形式21

2.3.2喷嘴的流量系数23

2.3.3喷嘴内部流动分析与设计理论25

2.4水射流结构特征与基本参数31

2.4.1水射流结构特征31

2.4.2水射流结构特征参数32

2.5水射流打击力模型37

2.5.1射流对靶体的冲击压力37

2.5.2水射流冲击压力作用面积及总作用力39

2.5.3喷嘴的结构和几何参数对射流的影响40

2.6水射流冲击破坏理论43

2.6.1水射流冲击物体表面的应力43

2.6.2水射流冲击作用下的材料破坏微观机理分析49

2.6.3水射流切割理论51

参考文献52

第3章水射流打击力增强技术

3.1减阻液水射流53

3.1.1减阻液53

3.1.2减阻液射流原理及特性55

3.1.3减阻液水射流动力特性及应用56

3.2空化水射流58

3.2.1空化原理及其动力学理论58

3.2.2空化喷嘴59

3.2.3空化水射流的作用机理及工程应用63

3.3脉冲水射流64

3.3.1脉冲水射流发生原理65

3.3.2冲击式脉冲水射流67

3.3.3脉冲水射流喷嘴77

3.3.4脉冲水射流的几何结构与动力特性82

3.3.5爆炸式脉冲水射流85

3.3.6电液压脉冲水射流91

3.3.7工业水炮装置95

3.3.8调制脉冲水射流100

3.4磨料水射流109

3.4.1后混合磨料水射流109

3.4.2前混合磨料水射流114

3.4.3悬浮磨料水射流115

3.4.4脉冲磨料水射流122

3.4.5微磨料水射流125

参考文献130

第4章磨料水射流切割技术

4.1磨料水射流切割的一般特征133

4.1.1磨料水射流切割断面的宏观形貌133

4.1.2磨料水射流切割材料时的切缝宽度134

4.1.3磨料水射流切割的锥度136

4.1.4磨料水射流切割断面的表面粗糙度137

4.1.5磨料水射流切割断面的磨料残留139

4.2磨料水射流切割过程中的温度分布143

4.3磨料水射流切割工艺参数146

4.3.1磨料水射流参数对加工性能的影响146

4.3.2工艺参数对切割加工的影响149

4.3.3材料性能对切割加工的影响150

4.4磨料水射流切割理论151

4.4.1磨料射流切割材料过程151

4.4.2磨料水射流切割材料的微观机理152

4.4.3磨料水射流切割理论模型155

参考文献158

第5章磨料水射流精密切割控制技术

5.1数控磨料水射流切割机床159

5.1.1磨料水射流切割机床的速度处理161

5.1.2磨料水射流切割机床的路径插补162

5.1.3磨料水射流切割机床的驱动控制163

5.2磨料水射流精密切割表面质量控制技术164

5.3磨料水射流精密切割几何精度控制167

5.3.1磨料水射流精密切割的几何形状误差167

5.3.2磨料水射流倾斜加工技术169

5.4磨料水射流精密切割的运动控制171

5.4.1“先计算、再加工”控制法则171

5.4.2误差校正173

5.5磨料水射流精密切割的优化处理技术176

5.5.1磨料水射流动态穿孔技术176

5.5.2尖锐拐角（或圆角）处的速度校正176

5.5.3拐角（或圆角）处的“过切”处理176

5.6人工神经网格模型在磨料水射流精密切割中的应用178

参考文献181

第6章磨料水射流精密特种加工

6.1磨料水射流精密切割厚材料183

6.1.1切割厚度对射流滞后的影响184

6.1.2射流冲击角度对射流滞后的影响185

6.1.3切割厚度对切缝宽度的影响186

6.1.4切割厚材料时的切割头优化设计187

6.1.5磨料水射流切割大厚度材料实例188

6.2四轴联动精密切割加工异形零件189

6.3磨料水射流精密钻孔加工192

6.3.1磨料水射流钻孔的理论模型192

6.3.2磨料水射流钻孔过程的试验验证196

6.3.3磨料水射流精密钻孔实例198

6.4磨料水射流车削加工199

6.4.1磨料水射流车削加工类型199

6.4.2磨料水射流加工参数对车削的影响200

6.4.3磨料水射流车削加工质量202

6.5磨料水射流铣削加工210

6.5.1磨料水射流参数对铣削的影响211

6.5.2磨料水射流铣削加工模型213

6.5.3磨料水射流铣削加工策略214

6.5.4磨料水射流摆动铣削加工218

6.5.5磨料水射流铣削复合材料222

6.6磨料水射流超精密磨削加工227

6.6.1微磨料水射流磨削加工人工髋关节股骨头227

6.6.2微磨料水射流磨削加工人工膝关节231

6.7磨料水射流抛光技术233

6.7.1磨料水射流抛光机理234

6.7.2磨料水射流抛光工艺参数对抛光的影响236

6.7.3磨料水射流抛光技术的应用240

6.8磨料水射流精密特种加工的应用及发展趋势245

6.8.1磨料水射流精密特种加工的应用245

6.8.2磨料水射流精密特种加工的发展趋势249

参考文献250

第7章水射流技术在机械工程中的典型和创新应用

7.1水射流技术在航空航天制造领域的应用252

7.1.1磨料水射流切割航空复合材料252

7.1.2水射流技术在航空高性能涂层修复中的应用259

7.2水射流技术在材料表面强化方面的应用261

7.2.1基于水射流的表面强化处理模型262

7.2.2基于水射流的表面强化处理实践265

7.3水射流技术在材料成形方面的应用267

7.3.1基于水射流技术的薄板渐进成形267

7.3.2基于脉冲水射流技术的有模成形275

7.4磨料水射流在微电子制造中的应用278

7.5水射流技术在医疗器械制造中的应用282

7.5.1磨料水射流精密切割心脏修补支架282

7.5.2磨料水射流车削加工骨连接螺钉287

参考文献292

第8章水射流技术在军工国防领域的应用

8.1水射流切割军事用途高爆弹药的安全性评估294

8.2磨料水射流拆除海军废旧炮弹298

8.3水射流技术销毁生化武器301

8.4水射流技术扫雷303

8.5水射流技术洗消装甲运兵车放射性污染309

参考文献314

水射流泛指以各种单一流体或流体与其他介质（包括气体、固体和光）构成的多相介质射流。水射流技术作为一种新兴技术，近几十年发展十分迅猛，各种新型射流形式层出不穷，争奇斗艳。水射流技术的应用更是百花齐放，在机械制造、汽车、航空航天、军工、电子电力、石油化工、轻工、船舶航运、食品、医疗、环保、建筑建材、市政工程等领域得到越来越广泛的应用。水射流技术在机械工程中的应用涉及诸多方面，概括起来讲，主要是三大类：工业清洗(industrial cleaning)、材料切割(material cutting)和表面处理（surface preparation）。工业清洗包括铸件清砂、去毛刺、除锈、脱漆等；材料切割可适用于几乎任何工程材料，尤其适用于热敏感、压敏感、高韧性难加工材料、复合材料的加工；表面处理则包括表面强化、消除残余应力、研磨和抛光等。水射流技术作为一门应用技术，涉及机械、电子、液压、气动、数控、计算机应用等多学科知识。水射流特种加工是利用具有很高动能的高速水射流束来冲蚀材料，从而实现材料切削，属于高能束加工范畴，是一种可与激光、等离子体、电子束加工方法媲美的新型切割加工工具。它以无与伦比的适应性、多样性和环保性去扩充火焰、激光、等离子体、电火花（线切割）或传统机械加工所达不到的能力，水射流切割已经成为世界上成长快的特种加工工艺之一。本书重点介绍了磨料水射流技术特种加工技术，目的是使读者了解水射流技术的发展过程和研究成果，从而较全面地掌握水射流技术在机械工程中的创新应用，著者希望起到抛砖引玉的作用，吸引更多有兴趣的各界人士加入水射流技术的研究、开发和推广应用队伍中来，为我国的先进制造和智能制造贡献自己的力量。刘克福、蒋代君、万霞、万庆丰、陶欢、陈玄、杨涵、潘峥正、张丽、唐炼等为本书的编写提供了帮助，在此一并表示感谢。特别鸣谢四川力锋科技股份有限公司的大力支持！由于水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请各位读者批评指正。著者于成都