高壓水射流研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

曹國(guó)強(qiáng)，張睿

(沈陽航空航天大學(xué)1.工程訓(xùn)練中心;2.機(jī)電工程學(xué)院，沈陽 110136)

名家綜述

高壓水射流研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

曹國(guó)強(qiáng)1，張睿2

(沈陽航空航天大學(xué)1.工程訓(xùn)練中心;2.機(jī)電工程學(xué)院，沈陽 110136)

總結(jié)了國(guó)內(nèi)外近年來高壓水射流各項(xiàng)技術(shù)的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀,包括普通水射流、脈沖射流、空化射流、磨料水射流等相關(guān)技術(shù)，討論了國(guó)內(nèi)高壓水射流技術(shù)的發(fā)展中的問題，認(rèn)為國(guó)內(nèi)目前對(duì)于提高加工精度具體有效的工程解決方案尚未能解決，在精密加工及復(fù)雜形狀零件的加工上應(yīng)用較少，用于復(fù)合材料和脆性材料加工的研究還有很多工程難點(diǎn)尚未解決。另外，磨料水射流加工在微型零件、微通道加工及拋光領(lǐng)域中的應(yīng)用需要進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。對(duì)高壓水射流技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，認(rèn)為發(fā)展智能化控制、提高加工效率、加強(qiáng)對(duì)新型射流的研究、擴(kuò)大水射流加工的應(yīng)用范圍和與其他加工技術(shù)綜合應(yīng)用是高壓水射流發(fā)展的主要方向。

高壓水射流；綜述；發(fā)展

高壓水射流技術(shù)是一種正在快速進(jìn)步、用途很廣并在不斷拓展新應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)，在清洗、切削、拋光、冷卻等多種加工領(lǐng)域，高壓水射流表現(xiàn)出極強(qiáng)的適應(yīng)能力和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。為了更好地應(yīng)用高壓水射流技術(shù)，國(guó)內(nèi)外眾多研究人員及研究機(jī)構(gòu)對(duì)高壓水射流技術(shù)進(jìn)行了多方面的探索和深入研究，在連續(xù)射流、脈沖射流和空化射流等無磨料射流及磨料水射流上進(jìn)行了大量的研究，使得高壓水射流技術(shù)可以在更多行業(yè)更多加工中得以應(yīng)用，并取得令人驚嘆的效果。隨著高壓水射流技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓水射流設(shè)備漸漸向高壓力、智能化、系列化、專業(yè)化、模塊化方向發(fā)展，在各種不同材質(zhì)、不同形狀、不同特點(diǎn)的目標(biāo)進(jìn)行清洗、各種金屬、非金屬及高分子復(fù)合材料的切割加工、煤炭石油鉆探、軋鋼冷卻、復(fù)雜零件拋光等方面的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了水射流技術(shù)的發(fā)展。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，水射流切割機(jī)器人發(fā)展迅猛，數(shù)控水切割機(jī)床已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，五軸以上的水切割機(jī)器人更使得復(fù)雜曲面的水射流加工成為可能。隨著更復(fù)雜、更多樣的加工需求被高壓水射流技術(shù)攻克，對(duì)于高壓水射流的研究必然會(huì)越來越深入，越來越向各個(gè)領(lǐng)域拓展，同時(shí)與其它非傳統(tǒng)加工方式如激光加工、超聲波加工等融合進(jìn)行的復(fù)合加工方式成為高壓水射流研究的新領(lǐng)域。

近十年來，國(guó)外主要發(fā)達(dá)國(guó)家的高壓水射流設(shè)備已經(jīng)基本做到了產(chǎn)業(yè)化和模塊化，特別是在美、日、德等國(guó)，各種高壓水射流設(shè)備生產(chǎn)公司及其配套的零部件生產(chǎn)、維護(hù)已經(jīng)極具規(guī)模，在諸多領(lǐng)域已經(jīng)開始部分甚至全部代替了其他的加工方式，并向更多不同的領(lǐng)域拓展。這些國(guó)家在高壓水射流研究的基礎(chǔ)領(lǐng)域已經(jīng)做了大量的研究工作，并在實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中總結(jié)出了高壓水射流加工的機(jī)理，對(duì)無磨料及磨料水射流均進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究分析及工程應(yīng)用，依據(jù)這些研究成果，一大批智能化的水射流加工設(shè)備得到了推廣和應(yīng)用。

我國(guó)的高壓水射流技術(shù)雖然起步較晚，但隨著制造業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，高壓水射流技術(shù)也隨之取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，通過技術(shù)引進(jìn)消化和自主研發(fā)，高壓水射流相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)及公司企業(yè)得到了飛速的發(fā)展，普通的常規(guī)設(shè)備基本可替代進(jìn)口，但與高壓水射流技術(shù)發(fā)達(dá)的美日德等國(guó)相比，產(chǎn)業(yè)梯隊(duì)和高端技術(shù)水平還存在較大差距。目前，國(guó)內(nèi)水射流清洗技術(shù)已在諸多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，改善了勞動(dòng)條件，提高了加工質(zhì)量和工作效率；用于各種清洗作業(yè)；用于各種不同合金、巖石混凝土、高分子材料的特種切割加工；用于炮彈切割處理、各種強(qiáng)力附著物的清除；空化水射流噴丸強(qiáng)化、超精細(xì)粉碎、微磨料加工等領(lǐng)域和應(yīng)用方向上也取得了很大的發(fā)展。目前由于各種原因的制約，高壓水射流技術(shù)雖在國(guó)外已經(jīng)得到較好應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)并未得到類似的發(fā)展，進(jìn)而限制了高壓水射流技術(shù)的推廣應(yīng)用。

新材料尤其是復(fù)合材料的不斷研發(fā)成功及其在航空航天、軍工、電子及各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用，高壓水射流技術(shù)在對(duì)其加工上體現(xiàn)出了極強(qiáng)的適應(yīng)性。伴隨著不同專業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诟邏核淞骷夹g(shù)及其應(yīng)用方法的深入研究，某些主要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)因此發(fā)生了重要的技術(shù)革新，在這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)，高壓水射流技術(shù)提高了生產(chǎn)率、降低了生產(chǎn)成本、改善了作業(yè)條件、提高了產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)階段在各行業(yè)加強(qiáng)高壓水射流技術(shù)的推廣和應(yīng)用，研制出滿足需要的高壓水射流新工藝、新設(shè)備是我國(guó)高壓水射流技術(shù)向前發(fā)展的重中之重。

1 國(guó)外高壓水射流技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀

1.1 理論與實(shí)驗(yàn)研究

1.1.1 無磨料高壓水射流

為了研究高壓水射流的沖蝕機(jī)理，早在20世紀(jì)50年代末，Bowden[1]設(shè)計(jì)了擠壓式的高壓水射流裝置，通過對(duì)普通巖石和常用金屬的沖蝕實(shí)驗(yàn)證實(shí)了高壓水射流具有極強(qiáng)的沖蝕能力。Atanov[2]等設(shè)計(jì)了不同動(dòng)力源的高壓水射流裝置，進(jìn)行了高壓水射流沖擊實(shí)驗(yàn)并建立了高壓水射流的連續(xù)方程。為實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高壓水射流，Cooley[3]等做了大量的研究實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)制造了很多相關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備雖然能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)高壓水射流，但穩(wěn)定性很差，實(shí)用性低。

水射流應(yīng)用的初期，因?yàn)闊o法取得穩(wěn)定高壓的水射流，所以射流壓力一直處于較低水平。為提高射流的沖蝕能力，眾多研究人員進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，研究出了噴嘴、靶距等方面對(duì)高壓水射流沖蝕能力的影響。Leach[4]通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了直線噴嘴的收斂角度，證明收斂角在13°時(shí)噴嘴所形成的高壓水射流的集中性最好，此時(shí)具有最高的沖蝕能力。Brook[5]通過實(shí)驗(yàn)形成了脈沖射流，發(fā)現(xiàn)脈沖射流在沖蝕深度和加工速度上明顯優(yōu)于連續(xù)射流。Louris[6]等更進(jìn)一步研究了脈沖射流的頻率對(duì)沖蝕深度和速度的影響，通過移動(dòng)靶體和截?cái)嗌淞?，得到了不同脈沖頻率下的沖蝕效果，結(jié)果表明在100 Hz下的沖蝕效果是最佳的。Vijay[7]總結(jié)了前面研究脈沖射流的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論，并認(rèn)為干擾連續(xù)射流所形成的脈沖射流在截?cái)噙^程中會(huì)產(chǎn)生流量損失，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相關(guān)理論并得到了流量損失系數(shù)。

學(xué)者們進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)來測(cè)試高壓水射流的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證沖蝕機(jī)理和特性，很多學(xué)者為此建立了數(shù)學(xué)模型力求能夠準(zhǔn)確分析高壓水射流的流場(chǎng)，但由于流場(chǎng)的復(fù)雜性，模型和實(shí)際情況的吻合度比較差。Leach[8]等通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得了高壓水射流的出口壓力，并通過測(cè)量壓力脈沖的方式測(cè)得了射流的沖蝕力，采用高速相機(jī)拍攝了射流沖蝕的不同階段的照片，通過對(duì)不同噴嘴結(jié)構(gòu)下沖蝕情況的照片分析出了高壓水射流的結(jié)構(gòu)。后來很多學(xué)者也采用類似的辦法來測(cè)試高壓水射流，但效果并未有太大改善。Rhyming[9]建立了高壓水射流從噴嘴噴出時(shí)水射流結(jié)構(gòu)的模型，通過這個(gè)數(shù)學(xué)模型，對(duì)噴嘴內(nèi)外的流場(chǎng)數(shù)值進(jìn)行了預(yù)測(cè)，但這種研究對(duì)于噴嘴來說需要其有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)曲線，而數(shù)學(xué)方程過于復(fù)雜難以求解使得預(yù)測(cè)能力大大降低。Bloor[10]采用變化的牛頓方程建立了二維數(shù)學(xué)模型，通過該模型分析了高壓水射流傘狀結(jié)構(gòu)的形成原因和特點(diǎn)。Field[11]理論上分析了高壓水射流在噴嘴噴出后的射流結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，但同實(shí)際高速拍攝的照片中水射流的結(jié)構(gòu)仍有很大差距，說明其理論分析的誤差依舊較大。

隨著計(jì)算流體力學(xué)的迅速發(fā)展與計(jì)算機(jī)硬件水平的迅速升級(jí)，采用計(jì)算流體力學(xué)來研究高壓水射流成為了主流，而相關(guān)領(lǐng)域軟件的不斷進(jìn)步為這種研究的發(fā)展提供了可靠的平臺(tái)。目前，基于計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬技術(shù)已成為研究高壓水射流流場(chǎng)的重要工具，在實(shí)驗(yàn)應(yīng)用及科研探索上依舊有著廣闊的發(fā)展空間。Vahedi[12]等通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)相結(jié)合的方式對(duì)高壓水射流進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，把數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后，確定采用多相流和湍流模型，并依據(jù)這兩個(gè)模型模擬分析了噴嘴對(duì)流場(chǎng)的影響。Srinivasa[13]等通過多自由度多相流模型研究了氣液兩相流的特點(diǎn)，分析了水射流在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)分散和霧化的原理及過程，建立了相應(yīng)的數(shù)值模型。Guha[14]等利用計(jì)算流體力學(xué)模擬了高壓水射流的射流結(jié)構(gòu)，計(jì)算得出了高壓水射流的流場(chǎng)速度分布曲線，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩者相似度較高。以上通過計(jì)算流體力學(xué)模擬的高壓水射流的數(shù)學(xué)模型，均在解決流場(chǎng)分布、沖蝕力計(jì)算、噴嘴結(jié)構(gòu)等實(shí)際問題中得到了很好的應(yīng)用。

Daniel[15]等將高速攝影機(jī)應(yīng)用于高壓水射流的研究中，通過對(duì)脆性材料松香的沖蝕，分析了高壓水射流沖擊時(shí)水射流的應(yīng)力場(chǎng)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了沖擊時(shí)水射流的應(yīng)力場(chǎng)與按照集中力計(jì)算應(yīng)力場(chǎng)的情況有較大出入，所以普通的流體力學(xué)理論不能夠在計(jì)算應(yīng)力場(chǎng)上得到很好的應(yīng)用。但也得出了部分實(shí)用性很強(qiáng)的結(jié)論，比如應(yīng)力場(chǎng)中的剪切應(yīng)力帶來的破壞應(yīng)力波隨著試件的破損得到了迅速釋放，靜態(tài)壓力產(chǎn)生的應(yīng)力帶來的破壞效果比較差。Cooley通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多種高壓水射流參數(shù)對(duì)沖蝕巖體的影響，如噴嘴大小，射流壓力，靶距及入射角度等，并引入了射流比能和斷裂比能的概念，通過對(duì)兩者的對(duì)比可以比較直觀得到高壓水射流的沖蝕能力大小。Summers[16]等在接下來的研究中采用了Cooley對(duì)斷裂比能的相關(guān)定義，建立了高壓水射流沖蝕切割巖石的力學(xué)模型，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，證明了這種方法的有效性。

Zafred[17]首先提出了利用高壓水射流沖擊能量集中的特性來對(duì)金屬表面進(jìn)行沖擊強(qiáng)化，高壓水射流的沖擊力足夠大時(shí)，將在所沖擊的金屬表面產(chǎn)生超過金屬屈服極限的應(yīng)力，在金屬的表面產(chǎn)生塑形形變，使金屬得到表面組織和應(yīng)力強(qiáng)化。Ramulu[18]等繼續(xù)研究了高壓水射流噴丸強(qiáng)化，并開始研究空化水射流提高噴丸質(zhì)量和效率，結(jié)果表明高壓水射流的噴丸效果和傳統(tǒng)噴丸相比效果相差不大，但是噴丸效率一般，在研究中發(fā)現(xiàn)空化射流在高壓水射流噴丸強(qiáng)化的過程中起到了很好的促進(jìn)作用，可以有效提高噴丸質(zhì)量和效率，不過對(duì)于空化射流噴丸的實(shí)驗(yàn)效果并不十分理想，沒有達(dá)到理論分析所期望的效果。

Yun Ky Hong[19]等進(jìn)行了研究水射流模擬水滴沖擊侵蝕的實(shí)驗(yàn)。通過水射流沖擊鋁合金試樣和藍(lán)寶石玻璃試樣，模擬了高速水滴對(duì)試件的沖擊侵蝕，并得到了一系列的高壓水射流與高速水滴沖擊侵蝕效果的轉(zhuǎn)換關(guān)系。L.Huang[20]等將高壓水射流應(yīng)用于去除鈦合金表面的熱成型涂層，實(shí)驗(yàn)證明純水射流即可達(dá)到完全去除的目的，并通過實(shí)驗(yàn)得到了比較理想的工藝參數(shù)，加工后的鈦合金試件有較好的表面粗糙度和殘余應(yīng)力。Jonathon Bonnell[21]等將高壓水射流技術(shù)用于Al-Si合金軸承鋼的表面處理和耐磨強(qiáng)化，高壓水射流處理后的合金表面具有較好的表面粗糙度，并且由于噴丸效應(yīng)，產(chǎn)生具有較高硬度和殘余應(yīng)力的壓縮表面，因而增加了耐磨性。

1.1.2 磨料水射流

磨料水流的研究起步較晚，是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的一種新型射流，各種不同類型的固體磨料與高速射流相混合而形成的液固兩相介質(zhì)射流，雖然起步較晚，但發(fā)展速度遠(yuǎn)超其他射流，對(duì)于磨料射流的研究一直處于高壓水射流研究的前沿和熱點(diǎn)。磨料水流的原理是在高壓水射流中混入一定比例的磨料顆粒，高壓水射流的強(qiáng)大動(dòng)能傳遞給磨料顆粒使得磨料顆粒具有了極強(qiáng)的沖擊力。磨料水射流的加工能力以磨料對(duì)靶物的沖擊、切削作用為主，磨料顆粒對(duì)靶物產(chǎn)生高頻沖蝕，從而大大地提高了高壓水射流的加工能力和工作效率。磨料水射流中，根據(jù)加入磨料顆粒的方式分為后混合磨料射流和前混合磨料射流。后混合磨料射流是在射流形成之后加入磨料顆粒，其加料的方式主要依靠在噴嘴處添加一個(gè)混合腔，通過高壓水射流所形成的負(fù)壓吸附能力來抽吸磨料。但由于高壓水射流本身能量過于集中，使得磨料顆粒難以進(jìn)入高壓水射流的核心區(qū)域，進(jìn)而造成磨料顆粒通常只是分布在水射流的核心區(qū)外。在核心區(qū)外不能把高壓水的能量充分有效地傳遞到磨料顆粒上，所以相對(duì)于高壓水射流本身的速度而言，磨料顆粒的速度較低，達(dá)到有效工作條件時(shí)的必要射流壓力較高，就磨料水射流切割而言，射流壓力需要在150 MPa以上才具有高速切割金屬的能力[22]。前混合磨料是指在高壓水射流形成前就將磨料混入到水中，對(duì)于前后混合磨料水射流的對(duì)比，Hashish進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)[23]，在相同射流壓力的情況下，前混合磨料射流擁有比后混合磨料射流更高的加工能力，切削速度更快，切削深度更深。但前混合磨料射流由于在噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)中便存在大量高速磨料顆粒，使得噴嘴的磨損速度大大提高，對(duì)于噴嘴結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和耐磨材質(zhì)的研究是前混合磨料水射流相關(guān)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

磨料水射流去除材料的過程雖然被很多人稱之為水刀，但其切削過程完全不同于一般的刀具切割，其內(nèi)在機(jī)理非常復(fù)雜。為了研究磨料水射流加工的機(jī)理，研究人員建立了數(shù)學(xué)模型來模擬磨料水射流的加工過程，并通過大量的實(shí)驗(yàn)建立了預(yù)測(cè)加工質(zhì)量的模型，實(shí)驗(yàn)證明這是很有效的方法，但這種方法仍不能做到系統(tǒng)地研究出磨料水射流切割加工的全部過程，對(duì)各種影響因素完全量化存在難度。

經(jīng)過眾多研究人員多年的研究，建立了多種磨料水射流加工的模型。其中有基于磨料和水兩項(xiàng)流的模型，還有基于磨料、水和空氣多項(xiàng)混合的模型。這些模型按照計(jì)算結(jié)果大體可以分為以下三種。

(1)材料切削過程模型，如模擬普通的金屬加工如車銑鉆等加工；

(2)模擬磨料水射流切削效果的模型，如模擬切削深度、切削速度等；

(3)模擬切割質(zhì)量的模型，如模擬表面粗糙度等。

這些模型在單一效果上已經(jīng)非常優(yōu)秀，但綜合各項(xiàng)指標(biāo)的研究模型，由于涉及到的參數(shù)太多，邊界條件的設(shè)定過于復(fù)雜，即便是計(jì)算能力大幅提高的今天仍然是難以完成的任務(wù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)研究與加工應(yīng)用

20世紀(jì)60年代，雖然在實(shí)驗(yàn)室研究中已經(jīng)能夠取得較高射流壓力，但在工業(yè)加工中，普通的高壓水射流加工的射流壓力還處于較低的壓力水平。在水射流壓力較低的條件下，為提高水射流的加工能力，許多研究人員在噴嘴結(jié)構(gòu)、沖蝕靶距、空化射流、磨料水射流等方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，研究出的很多成果都在工業(yè)生產(chǎn)中得到了較好的應(yīng)用。如Leach[24]通過大量的實(shí)驗(yàn)來測(cè)試不同的噴嘴收斂角度對(duì)于射流集中度的影響，結(jié)果證明收斂角在 13°時(shí)噴嘴所形成的射流收斂性最好，沖蝕效果最佳；在沖蝕實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證了脈沖射流明顯高于連續(xù)射流的沖蝕深度和速度；在固定壓力固定靶距的情況下，脈沖射流得到了幾倍于連續(xù)射流的加工能力。Erdmann等[25]采用實(shí)驗(yàn)的方式得出了脈沖射流在不同脈沖頻率下的沖蝕深度和速度的影響。Vijay[26]比較系統(tǒng)地研究了截?cái)嗍矫}沖射流對(duì)硬巖的沖蝕能力，還通過實(shí)驗(yàn)與相關(guān)理論重點(diǎn)分析了比動(dòng)能與脈沖頻率的關(guān)系。

國(guó)外的研究人員對(duì)磨料水射流的加工機(jī)理進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究[27]，由于磨料顆粒的切削力極強(qiáng)，故實(shí)驗(yàn)研究中無法對(duì)磨料射流進(jìn)行接觸式測(cè)量，只能采用一些非接觸式的或者間接測(cè)量的方法。所采用的實(shí)驗(yàn)方法主要有以下幾種。

(1)電磁感應(yīng)法

Swanson等[28]采用磁感應(yīng)線圈測(cè)量的方式，對(duì)后混合磨料系統(tǒng)中磨料顆粒的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了測(cè)量。雖然能夠測(cè)量出磨料顆粒被高壓水射流加速后的速度，但只是一段長(zhǎng)度內(nèi)的平均速度，至于磨料顆粒在射流內(nèi)部是如何分布的則無能為力。

(2)激光雙聚焦速度計(jì)

Himmelriech[29]采用激光雙聚焦速度計(jì)測(cè)量了磨料水射流中射流和磨料顆粒的速度。實(shí)驗(yàn)是兩測(cè)量裝置相隔一定距離放置，磨料顆粒依次經(jīng)過上下游的激光測(cè)量裝置，通過距離除以時(shí)間進(jìn)而得到磨料顆粒的速度。但與電磁感應(yīng)法一樣，無法解決磨料顆粒在射流內(nèi)部加速的機(jī)理問題。

(3)激光多普勒速度計(jì)測(cè)量法[30]，激光多普勒測(cè)速原理即為激光多普勒效應(yīng)：當(dāng)激光和磨料顆粒發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從磨料顆粒散射回來的光會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，這個(gè)頻移量的大小與磨料顆粒的速度、激光入射角度和磨料顆粒速度方向的夾角都有關(guān)系。該方法的局限性主要在于只適合測(cè)量粒子的速度，而承載磨料顆粒的高壓水射流的速度則無法同時(shí)測(cè)出。

(4)粒子圖像速度場(chǎng)儀測(cè)量法[31]，粒子圖像速度場(chǎng)儀測(cè)量技術(shù)是利用粒子成像原理測(cè)量流體運(yùn)動(dòng)速度在空間相對(duì)變化的技術(shù)。對(duì)流體速度場(chǎng)的測(cè)量具有較大的優(yōu)勢(shì)，可以較好地測(cè)量出射流各部分的速度場(chǎng)，但對(duì)于射流內(nèi)部磨料顆粒的速度場(chǎng)測(cè)量效果較差。

(5)旋轉(zhuǎn)雙盤法，Stevenson[32]等人利用旋轉(zhuǎn)雙盤技術(shù)來測(cè)量磨料顆粒和高壓水射流的速度。通過這種方法可以同時(shí)測(cè)量磨料顆粒和高壓水射流的平均速度，但測(cè)不出磨料顆粒在高壓水射流中的速度場(chǎng)分布，并且測(cè)量精度與刻痕角度的測(cè)量密切相關(guān)。

(6)射流沖擊力測(cè)量法，Momber等[33]根據(jù)磨料水射流沖擊后動(dòng)量的變化關(guān)系，對(duì)射流沖蝕力的大小和作用時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行了計(jì)算，求出了磨料水射流的射流速度與磨料顆粒沖擊力的計(jì)算模型，可用于測(cè)量磨料水射流中磨料顆粒的平均速度。

磨料水射流較純水射流具有更可觀的切割效率，為此研究人員進(jìn)行了很多不同的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其對(duì)比關(guān)系。Crow[34]的研究中使用普通的石英砂作為磨料，在對(duì)硬巖的沖蝕實(shí)驗(yàn)中，磨料射流得到了兩倍以上的切割深度。Fair[35]的研究表明在水射流壓力相同的條件下，磨料水射流的切割深度遠(yuǎn)大于普通水射流，加工效率更是普通射流的幾十倍。在另一個(gè)金屬切割實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)air Hurst[36]在300 MPa的超高壓下實(shí)驗(yàn)，磨料水射流達(dá)到了3倍以上的切割深度。Hashish[37]的實(shí)驗(yàn)中磨料射流進(jìn)行有效切割的移動(dòng)速度比純水射流進(jìn)行有效切割的速度快10倍以上。

相比起前混合磨料射流的復(fù)雜，后混合磨料射流似乎更加簡(jiǎn)單有效，但是目前產(chǎn)生這種射流的裝置效率還有待進(jìn)一步提高。在水射流噴嘴處的壓力損失會(huì)導(dǎo)致水射流的流速降低，同時(shí)高速的水射流在混合腔室中會(huì)因?yàn)橥牧骱挽F化而產(chǎn)生有害的擾動(dòng)，而水射流帶動(dòng)磨料顆粒運(yùn)動(dòng)也會(huì)降低整個(gè)流體的速度和集中度，這些影響因素在理論上會(huì)導(dǎo)致流體流速降低50%至70%，而實(shí)際上會(huì)降低更多。此外，由于磨料是在水射流的一側(cè)混合進(jìn)入射流中，水射流的能量在軸心處又非常集中，這就使得磨料顆?；竞茈y進(jìn)入速度最快、能量最集中的射流核心區(qū)域。另一個(gè)問題就是磨料的進(jìn)入是單側(cè)的，造成磨料射流中磨料的分布也是偏于一側(cè)，磨料顆粒的加速均勻性比較一般。Galecki[38]的研究發(fā)現(xiàn)在磨料混合過程中，許多磨料顆粒因?yàn)楸桓邏核Υ驌粝嗷ヅ鲎财扑槌蔀楦〉哪チ项w粒，從一定程度上降低了磨料射流的沖蝕能力。

對(duì)比后混合磨料的種種缺點(diǎn)和不足，前混合磨料有了很多優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然缺點(diǎn)也很明顯，必須有合適的磨料罐，且噴嘴的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多。為了提高前混合磨料系統(tǒng)中磨料罐內(nèi)磨料與水的混和效率，部分學(xué)者[39]將上述前混合磨料系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，將特定的溶劑加入水與磨料的混合流體中，提高漿體的粘稠度和浮力，使得磨料在漿體中處于均勻懸浮狀態(tài)，這樣可以比較好地保證磨料顆粒的輸送比較均勻一致。在相同壓力和加工速度的情況下，前混合磨料的切割深度可達(dá)到后混合磨料射流切割深度的兩倍以上。M.Hashish[40]提出了把磨料水射流技術(shù)用于車削加工，并對(duì)難加工的金屬?gòu)?fù)合材料及脆硬的無法使用常規(guī)金屬切削加工的如玻璃、陶瓷等材料進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果達(dá)到了設(shè)計(jì)者的要求，可以加工比較復(fù)雜的型面，材料去除效率較高，不足之處在于加工精度差強(qiáng)人意，表面粗糙度也不易控制。S.Paul[41]研究了高壓磨料水射流銑削方槽的工藝，在達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)磨料水射流銑削的加工精度雖然不低，但如果想進(jìn)一步提高需要進(jìn)行的研究還有很多。P.H.shiPway[42]研究了高壓磨粒水射流銑削鈦合金時(shí)材料去除實(shí)驗(yàn)，研究表明對(duì)于難加工的金屬，采用磨料水射流的方式加工也是非常適合的。

高壓水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)各國(guó)學(xué)者也進(jìn)行很多卓有成效的實(shí)驗(yàn)研究，Zafred[43]提出高壓水射流噴丸強(qiáng)化工藝，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性，并嘗試了各種不同材質(zhì)的噴丸強(qiáng)化，效果達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。Kunaporn[44]等設(shè)計(jì)了高壓純水射流噴丸設(shè)備，對(duì)鋁合金進(jìn)行噴丸強(qiáng)化試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了不同專用的噴嘴，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同的噴丸參數(shù)對(duì)強(qiáng)化的結(jié)果有著很大的影響，如水射流壓力、噴嘴結(jié)構(gòu)、靶距和噴丸的時(shí)間等都有著不同程度的影響。ФУДОВИН[45]等研制了電液壓脈沖射流噴丸器，脈沖放電產(chǎn)生脈沖壓力，使經(jīng)噴嘴噴出的高壓水射流作用于零件的被處理表面，使之產(chǎn)生塑性變形的表面強(qiáng)化，經(jīng)企業(yè)實(shí)際應(yīng)用表明，高壓水射流的表面強(qiáng)化效果顯著，并且因?yàn)榧庸o死角，所以可適用于非常復(fù)雜形狀的內(nèi)外表面的噴丸強(qiáng)化加工中。Hitoshi[46]等設(shè)計(jì)了帶有加熱器的空化射流噴丸器，通過加熱提高了空化射流的強(qiáng)化能力。另外還設(shè)計(jì)了高壓水射流玻璃彈丸噴丸強(qiáng)化設(shè)備，采用極小顆粒的玻璃噴丸，用于汽車齒輪的大批量噴丸強(qiáng)化加工中，強(qiáng)化效果非常顯著。

Kong M C[47]等人研究了鈦鋁合金磨料水射流切割加工工藝,使用磨料水射流進(jìn)行切割避免了熱損傷，針對(duì)磨料水射流加工精度不足的缺點(diǎn)，對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，保證了加工的形狀和尺寸的質(zhì)量完全符合工藝要求。Fouler G[48]等人用可控深度銑切的高壓水射流機(jī)床來加工鈦合金，結(jié)果表明切削速度、磨料的顆粒度、射流壓力等對(duì)表面波紋度和表面粗糙度有較大的影響。

1998年， Faehnle等人將磨料水射流技術(shù)應(yīng)用于光學(xué)拋光領(lǐng)域，引入了微磨料水射流的概念，微磨料水射流拋光可以使玻璃表面粗糙度RMS值由初始的350nm降到拋光后的25nm以上。另外他們還做了磨料水射流拋光機(jī)理以及微磨料水射流拋光工藝的實(shí)驗(yàn)研究工作，驗(yàn)證了微磨料水射流應(yīng)用于超精密拋光領(lǐng)域的可行性。并于2003年研制開發(fā)七軸高壓水射流拋光機(jī)床 FJP600，該機(jī)床可以對(duì)復(fù)雜自由曲面進(jìn)行修形與拋光。目前他們的研究工作主要包括：對(duì)拋光液的研究，對(duì)主要工藝參數(shù)的研究，包括噴嘴角度、噴嘴形狀、射流速度以及它們對(duì)材料去除的影響關(guān)系等；以及對(duì)不同加工材料的研究。Nicola Careddu[49]將高壓水射流應(yīng)用于復(fù)合石板的切割及表面光整，實(shí)驗(yàn)證明在合適的切削參數(shù)下，切割及光整效果都非常理想。

近兩年，Kunlapat Thongkaew[50]等人進(jìn)行了磨料水射流對(duì)編織碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮片的孔加工性能的實(shí)驗(yàn)研究。V.Tangwarodomnukun[51]等開發(fā)了用于接近無損傷微燒蝕的混合激光與水射流結(jié)合的微加工技術(shù)，它使用激光加熱和軟化目標(biāo)材料，同時(shí)水射流排出激光軟化的目標(biāo)材料，以減少熱損傷并增加材料去除，在硅基板上進(jìn)行了成功的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。Doice Moyo[52]等人進(jìn)行了水刺法中水射流沖擊力的研究，在這項(xiàng)研究中，提出了一種測(cè)量水射流的重要特性的技術(shù)，該技術(shù)提供了一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法來確定從歧管到水噴嘴的能量傳遞效率。

2 國(guó)內(nèi)高壓水射流研究現(xiàn)狀

2.1 理論與方法研究

對(duì)于高壓水射流的研究國(guó)內(nèi)的起步遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于國(guó)外同行，無論是理論研究還是實(shí)驗(yàn)研究，我國(guó)的研究人員基本都是沿著國(guó)外研究所走過的路在進(jìn)行著。隨著進(jìn)口替代的迅速發(fā)展，很多企業(yè)的設(shè)備技術(shù)水平已經(jīng)不輸于國(guó)外同類產(chǎn)品，但在理論研究與實(shí)驗(yàn)上的投入不足，嚴(yán)重限制了高壓水射流技術(shù)在國(guó)內(nèi)的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用。近年來相關(guān)工作已經(jīng)得到了國(guó)內(nèi)研究人員的重視，雖然研究水平和國(guó)外仍有較大差距，但相關(guān)的研究成果也越來越多，追趕的腳步越來越快。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是多相耦合流場(chǎng)的有限元模擬技術(shù)的日漸成熟為高壓水射流的數(shù)值模擬提供了基礎(chǔ)。激光多普勒技術(shù)、三維粒子測(cè)速技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，為測(cè)量磨料水射流流場(chǎng)速度和磨料顆粒測(cè)速提供了新的方法[53]。作為高壓水射流的瞬態(tài)射流流場(chǎng)，高速攝像技術(shù)是捕捉射流在微秒量級(jí)內(nèi)結(jié)構(gòu)演變的一種常用辦法，但該方法只適用于觀察外部流場(chǎng)的瞬態(tài)特征，對(duì)于內(nèi)部流場(chǎng)的演變無能為力。王樂勤[54]等采用理論模型計(jì)算出了射流壓力和沖蝕力，并用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了驗(yàn)證，通過高速拍照的方式研究了不同噴嘴結(jié)構(gòu)下射流的收斂性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模型的計(jì)算相似度較好。

曹國(guó)強(qiáng)、張睿等[55]建立了高壓水射流清砂的流體力學(xué)分析模型，采用非線性動(dòng)力有限元法和動(dòng)態(tài)損傷模型對(duì)高壓水射流脫殼清砂過程及機(jī)理進(jìn)行了研究，建立了水射流作用下靶體損傷過程的相關(guān)理論和方法。深入研究了高壓水射流清砂的過程和機(jī)理，結(jié)果表明，采用高壓水射流進(jìn)行型砂的脫殼工藝是完全可行的，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證明了其可行性，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)如果水射流壓力過大，則容易讓清砂后的葉片產(chǎn)生變形，進(jìn)而超出葉片的形位公差所允許的變動(dòng)量，產(chǎn)生廢品。同時(shí)高壓水射流的流量也不是越大越好，從清砂效果來說流量大小影響并不是線性的，維持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)即可。

曹國(guó)強(qiáng)、張睿等[56]將高壓水射流加工技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片熔模鑄造后形成的精密熔模鑄造零件的型砂清理中，首先對(duì)高壓水射流脫殼清砂過程及機(jī)理進(jìn)行了研究，在分析水射流清砂過程的基礎(chǔ)上，建立水射流作用下型砂介質(zhì)的損傷過程的模型，以精鑄高溫合金單晶葉片為對(duì)象，深入研究高壓水射流清砂的過程和機(jī)理。研究結(jié)果表明型砂的材質(zhì)性能介乎于脆性材質(zhì)和韌性材質(zhì)之間，與葉片的結(jié)合比較緊密，清理難度較大，必須選擇合適的入射角度，同時(shí)為了不損傷發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，水射流的壓力需控制在一定范圍內(nèi)，不易超過120 MPa。通過脈動(dòng)或間斷性地施加水射流沖擊，并使水射流與型砂之間保證一定的相對(duì)速度，盡可能地利用沖擊力破壞型砂，從而提高加工效率。

王瑞和等[57]建立了脈沖水射流破巖的有限元方程和適用于水射流破巖全過程分析的巖石損傷模型。通過有限元計(jì)算分析了脈沖水射流和連續(xù)射流的破巖過程，對(duì)高壓水射流破巖的機(jī)理進(jìn)行了較為細(xì)致的梳理，為高壓水射流加工巖石及混凝土等材料提供了依據(jù)。

磨料水射流的加工能力主要是磨料提供的，所以磨料顆粒的速度和分布狀態(tài)是磨料水射流提高加工能力的關(guān)鍵因素。李寶玉等[58]認(rèn)為，高壓水射流和磨料顆粒組成的系統(tǒng)中，磨料的加速過程貫穿始終，其中收縮段是主要的加速段，此時(shí)磨料速度可以達(dá)到水射流速度的0.95倍，并且離開了收縮段之后加速過程仍然在繼續(xù)并未停止，因?yàn)樗淞骱诵奶幍乃俣纫壬淞魍獠克俣雀?，所以磨料顆粒如果在射流徑向上朝著射流軸心移動(dòng)，速度將仍然處于加速狀態(tài)。

董星[59]也進(jìn)行了后混合磨料水射流的磨料顆粒加速機(jī)理研究，認(rèn)為磨料顆粒從磨料罐流入混合腔與高壓水混合過程中便得到了第一次加速，進(jìn)入噴嘴后在收斂段磨料顆粒得到二次加速，出噴嘴后磨料顆粒在水射流的徑向上仍有速度，在向軸心靠攏的過程中磨料顆粒仍然處在被水射流加速的狀態(tài)，這點(diǎn)和李寶玉的研究結(jié)論很相似。

前混合磨料射流國(guó)內(nèi)的研究人員也進(jìn)行了很多理論研究，陸國(guó)勝等[60]認(rèn)為，在前混合磨料射流中磨料顆粒從進(jìn)入高壓管路便被加速，不過在進(jìn)入噴嘴前的高壓管路中流場(chǎng)的速度并不快，所以磨料顆粒的加速度仍比較低，在進(jìn)入噴嘴后射流速度迅速增加，尤其是在噴嘴的收斂段和圓柱段，這兩段是磨料顆粒的主要加速段。前混合磨料射流中磨料的加速也是個(gè)漸進(jìn)的過程，但與后混合磨料不同在于，前混合磨料的磨料顆?？梢栽谏淞鲀?nèi)較為均勻地分布，在加速時(shí)受到核心中間射流的帶動(dòng)也明顯強(qiáng)于后混合磨料的方式，所以磨料顆粒的最終動(dòng)能要強(qiáng)于前混合磨料方式的磨料顆粒。

鐵占緒[61]認(rèn)為磨料顆粒的加速時(shí)間有個(gè)最優(yōu)值，低于這個(gè)數(shù)值時(shí)磨料顆粒的加速是不足的，也就是沒有充分得到水射流的加速便已經(jīng)著靶，此時(shí)加工的效果自然要差一些。而加速過程過長(zhǎng)的話，粒子速度會(huì)因?yàn)樯淞鞯淖枇Χ兟?，反而降低了磨料射流的加工效率。通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這個(gè)觀點(diǎn)的有效性，不過應(yīng)用時(shí)受到影響的參數(shù)較多，最佳加工參數(shù)不易獲得。

近年來，國(guó)內(nèi)的部分學(xué)者對(duì)磨料顆粒速度場(chǎng)測(cè)試進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)研究。宋鼎[62]等提出采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的速度測(cè)量方法，實(shí)驗(yàn)中通過高速相機(jī)拍攝下磨料顆粒的模糊運(yùn)動(dòng)圖像，通過圖像處理方法建立圖像中粒子分布位置與磨料顆粒速度之間的函數(shù)模型，仿真結(jié)果和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果吻合度較好，證明了該種方法用于測(cè)量磨料顆粒速度的有效性。但這種方法圖像清晰度不好，所以精確度上有待提高。

吳學(xué)成，王懷，胡倩等[63]提出一種采用激光器輔助高速相機(jī)拍照的測(cè)量方法，該方法可以同時(shí)測(cè)量煤粉顆粒速度和粒徑。通過激光照射使得照片中的粒子軌跡清晰度和辨識(shí)度均得到了較大提升，結(jié)合PIV測(cè)速儀的分析計(jì)算，可以較為準(zhǔn)確地分析出煤粉顆粒的速度。

張晶晶等[64]提出運(yùn)用單幀曝光圖像方法測(cè)量磨料射流的速度，此方法適用于低濃度的微磨料的射流，所測(cè)得的速度場(chǎng)與其他實(shí)驗(yàn)測(cè)得的磨料運(yùn)動(dòng)軌跡基本相符，使得微磨料射流的測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)。

周潔等[65]提出了一種較為準(zhǔn)確的測(cè)速方式，通過光信號(hào)的互相關(guān)性來進(jìn)行測(cè)量，可以算出顆粒的平均速度，誤差可以控制在10%以內(nèi)，但是對(duì)于微磨料射流和高濃度射流這種方法就會(huì)受到較大影響，準(zhǔn)確性不及預(yù)期。

張偉等[66]提出了灰度統(tǒng)計(jì)判別原理進(jìn)行圖像辨別，進(jìn)而測(cè)量出粒子速度的辦法。該方法對(duì)于磨料顆粒的三維測(cè)量尤其有效，而且簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)，使得復(fù)雜的測(cè)量變得更加簡(jiǎn)單，但對(duì)于高濃度和微磨料射流同樣無法應(yīng)用。

吳學(xué)成等[67]提出了一種采用激光全息技術(shù)測(cè)量磨料顆粒粒徑的方法，通過激光全息技術(shù)對(duì)瞬時(shí)固液混合的兩相流流場(chǎng)進(jìn)行了重建，進(jìn)而獲得了在流場(chǎng)中磨料顆粒的分布和磨料顆粒的直徑，將獲得的顆粒粒徑統(tǒng)計(jì)分布與粒度儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比后發(fā)現(xiàn)吻合度較好，表明此種方法測(cè)量磨料顆粒的速度和粒徑是可行的。

總體來看，雖然國(guó)內(nèi)高壓水射流研究進(jìn)步很快，但目前對(duì)于高壓水射流相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)的研究沒有跟上產(chǎn)品制造及應(yīng)用發(fā)展的步伐。研究的內(nèi)容多為進(jìn)行一系列假設(shè)后，對(duì)某一特定參數(shù)變化的加工效果進(jìn)行分析，雖然這樣分析起來簡(jiǎn)單明了，但水射流加工的影響因素較多，對(duì)各種加工參數(shù)的相互影響研究較少就會(huì)使得深入研究基礎(chǔ)不足。對(duì)于高壓水射流的流場(chǎng)分析多集中在單一或僅僅是流固耦合的流場(chǎng)分析，對(duì)于更多因素比如流固氣或流固熱的耦合后的復(fù)雜流場(chǎng)特性研究很少，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究以定性分析居多，定量分析較少。另外對(duì)于磨料水射流的流變特性、流場(chǎng)特性和本構(gòu)方程等各項(xiàng)研究均提及較少，對(duì)磨料射流流過噴嘴、射流與磨料混合、磨料加速、射流與大氣的相互干擾、磨料顆粒沖擊對(duì)材料的侵蝕和噴嘴移動(dòng)速度對(duì)材料的體積去除率等也較少研究。

2.2 實(shí)驗(yàn)研究與加工應(yīng)用

張黎霞[68]通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比了高壓水射流去除銹跡與化學(xué)除銹、機(jī)械除銹的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為高壓水射流具有效率高、質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，除銹過程簡(jiǎn)單便捷，對(duì)銹跡適應(yīng)性強(qiáng)，尤其對(duì)于膠體和難溶性固體有著很好的清除效果。李趙杰[69]等人通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)方法對(duì)空化水射流技術(shù)、除銹技術(shù)進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明空化射流用于除銹效果比普通水射流除銹效果更佳，空化射流內(nèi)的氣泡破裂可以更好地清除金屬表面的銹跡，尤其在淹沒射流的情況下效果更為突出。他們還優(yōu)化了射流壓力、靶距及入射角度等工藝參數(shù)。

丁宇等[70]等人在分析了各種不同的除銹方法的優(yōu)缺點(diǎn)之后，對(duì)于磨料水射流除銹進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證明了在多種復(fù)雜情況下磨料水射流的除銹效果均較為理想，除銹效率高。陸亞鵬等[71]設(shè)計(jì)了一套機(jī)械設(shè)備防腐前處理的除銹系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用中不但除銹效果很好，且除銹后金屬的表面質(zhì)量得到了提高，進(jìn)而增強(qiáng)了金屬的抗腐蝕能力，這套設(shè)備已在煤礦設(shè)備中得到了實(shí)際應(yīng)用。薛勝雄等[72]針對(duì)石化行業(yè)特有的大量壓力設(shè)備，提出以高壓、超高壓水射流技術(shù)解決的除漆、除銹等問題，并在貯罐等容器及輸送管道的清洗中得到了廣泛應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)磨料水射流加工技術(shù)的不同領(lǐng)域均進(jìn)行了大量研究，尤其是應(yīng)用磨料水射流技術(shù)切割不同性能的材料進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，這里主要討論下面幾種材料的發(fā)展現(xiàn)狀。

(1)韌性材料加工：韌性材料囊括了金屬材料和少部分其他非金屬材料，切割韌性材料時(shí)各種工藝參數(shù)對(duì)切割質(zhì)量的影響非常大，比如高壓水射流的壓力、磨料的供給量和磨料的種類、顆粒度等參數(shù)、磨料水射流的噴嘴進(jìn)給速度及切削角度等的影響。科研人員研究了這些參數(shù)對(duì)于被加工材料的切深能力、切槽寬度、切削表面的表面粗糙度的影響，取得了一系列實(shí)用成果。依據(jù)這些成果，國(guó)內(nèi)很多水射流設(shè)備生產(chǎn)公司在吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)研發(fā)出了具有很高技術(shù)水平的水射流加工設(shè)備，比如南京的大地水刀公司所設(shè)計(jì)的數(shù)控磨料水刀切割機(jī)床，五軸水刀切割機(jī)器人都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

(2)復(fù)合材料加工：近年來復(fù)合材料在各行各業(yè)都有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是復(fù)合材料切割后的質(zhì)量問題一直限制著復(fù)合材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，復(fù)合材料在采用普通切割方式加工時(shí)容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象，而且切割面表面質(zhì)量較差，這一直是復(fù)合材料加工的難點(diǎn)。復(fù)合材料難以切割加工主要的原因是組成復(fù)合材料的各種成分的物理性能通常會(huì)有著較大差異，尤其是金屬和非金屬組成的復(fù)合材料，因?yàn)榫薮蟮男阅懿町悾懈詈蠼饘賹用婀饣R，但非金屬層面則會(huì)出現(xiàn)凹凸不平甚至斷裂損壞，但水射流加工因其柔性加工、切削力小、且不產(chǎn)生切削熱的特點(diǎn)可以得到很好的應(yīng)用，隨著新材料的進(jìn)一步發(fā)展，水射流加工必將越來越不可替代。

張運(yùn)祺[73]對(duì)磨料水射流加工復(fù)合材料進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，用到了性能各異的26種復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選擇合適的切割厚度和切割速度進(jìn)行磨料水射流切割可以得到很好的切口質(zhì)量，說明采用磨料水射流切割復(fù)合材料是適用的。張運(yùn)祺還進(jìn)行了傳統(tǒng)機(jī)械加工方法及超聲切割、激光切割、電火花切割等非傳統(tǒng)加工方法對(duì)這些復(fù)合材料進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)方法切割的表面粗糙度較好，但微觀情況下會(huì)發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的基體纖維已經(jīng)被完全破壞，如果要求較高則不適合采用傳統(tǒng)的加工方法，而激光加工對(duì)玻璃纖維材料加工所得的加工質(zhì)量較高，但對(duì)其它材料則一般，電火花切割與激光切割有類似結(jié)論，而超聲切割的切削參數(shù)較難以選擇，需要進(jìn)行更深入研究，只有磨料水射流切割各方面要求較低，切削質(zhì)量穩(wěn)定，微觀質(zhì)量也較好，適合大量復(fù)合材料的加工，并且加工后損傷少，改善了切口參差不齊的現(xiàn)象，能保證纖維斷面與切割方向平行。

(3)脆性材料加工：典型的硬脆性材料，采用普通傳統(tǒng)切削方式切割加工表面易產(chǎn)生粗糙的紋理，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)崩邊。脆性材料因?yàn)槠潆y加工的特點(diǎn)限制了很多的應(yīng)用，但隨著磨料水切割解決了其加工問題，脆性材料的應(yīng)用隨之得到了較大的發(fā)展。宋擁政等[74]研究了磨料水射流加工石英玻璃及難熔陶瓷等脆性材料，不同的切削參數(shù)對(duì)于脆性材料的加工影響較大，要取得較好的切削質(zhì)量、較深的切削深度，各種切削參數(shù)均需要合理選擇，在實(shí)驗(yàn)中建立了切削模型，切削質(zhì)量和切削深度及切削速度成反比關(guān)系。趙永贊[75]分析了石材切割時(shí)改變切割工藝參數(shù)對(duì)切割深度和切割表面形貌的影響特性；分析了射流壓力、磨料流量、磨粒尺寸、切割速度對(duì)切口形貌、表面粗糙度、切割能力和體積去除率的影響。

(4)半導(dǎo)體材料加工：水射流加工應(yīng)用與半導(dǎo)體制造上在國(guó)外已有一定工程研究，但在國(guó)內(nèi)仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，與國(guó)外差距較大。何澤軍[76]進(jìn)行了磨料水射流切割晶圓的實(shí)驗(yàn)，在試驗(yàn)中成功切割了晶圓，切縫不到0.4 mm，而且可以切割出任意復(fù)雜的曲線，切割速度快，效率高是磨料水射流切割半導(dǎo)體材料的優(yōu)點(diǎn)。李全來[77]進(jìn)行了磨料水射流切割單晶硅片的實(shí)驗(yàn)，研究了不同的切削參數(shù)對(duì)單晶硅片切割的質(zhì)量影響，建立了相關(guān)模型，為后續(xù)研究奠定了一定理論基礎(chǔ)。但總體來說國(guó)內(nèi)相關(guān)研究還是處在實(shí)驗(yàn)室研究的階段，而國(guó)外已有半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商將磨料水射流、微磨料水射流應(yīng)用于半導(dǎo)體的加工生產(chǎn)中。

用磨料水射流加工來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金切加工，研究人員也進(jìn)行了大量研究。張運(yùn)祺[78]采用磨料水射流進(jìn)行了車、銑、磨、鉆切削加工的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同的加工對(duì)于切削參數(shù)的選擇非常重要，雖然可以達(dá)到普通金切加工的效果但效率較低，精加工時(shí)加工費(fèi)用較高，用于普通金屬的加工不具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于難加工材料比如鈦合金、不銹鋼等材料，磨料水射流切削加工的效率反而要提高了很多，而且切削質(zhì)量完全滿足工業(yè)需求。馮衍霞[79]進(jìn)行了磨料水射流銑削脆性材料的加工實(shí)驗(yàn)，通過單次銑削和多次銑削加工，建立了磨料水射流銑削加工表面質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型，在多次后續(xù)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了這個(gè)模型的預(yù)測(cè)效果。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的科研人員對(duì)于采用高壓水射流切削代替?zhèn)鹘y(tǒng)切削方式也進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，尤其是對(duì)于脆性材料的切削加工方面，采用磨料水射流車削加工后脆性材料有著很好的表面粗糙度，但必須要選擇合理的切削參數(shù)，同時(shí)切削的效率不高。山東大學(xué)盧新郁[80]對(duì)磨料水射流車削繼續(xù)進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)了噴嘴擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，研究了噴嘴擺動(dòng)對(duì)切割的影響。山東大學(xué)的何澤軍采用前混合磨料射流來車削晶圓，得到了比后混合磨料更好的切削效果，效率更高、精度更好、切縫更窄。雷玉勇[81]進(jìn)行了微磨料水射流車削的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了特殊的水射流噴嘴，實(shí)現(xiàn)了不同形狀的半導(dǎo)體材料的車削加工。雷玉勇還進(jìn)行了磨削的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)碳化硼材質(zhì)的圓柱零件進(jìn)行了外圓磨削，對(duì)鎳基合金零件進(jìn)行了平面磨削，實(shí)驗(yàn)中微磨料水射流體現(xiàn)出了較好的加工能力，加工零件表面質(zhì)量較好，加工精度和普通磨削差別不大，只是磨削效率不是很高。

山東大學(xué)的呂哲[82]、侯榮國(guó)[83]研究了使用超聲振動(dòng)來輔助磨料水射流拋光，采用工件切向振動(dòng)的方式將超聲振動(dòng)引入微磨料水射流拋光硬脆材料，提高材料的去除率和表面質(zhì)量。研制了超聲振動(dòng)工作臺(tái)和超聲振動(dòng)輔助流化磨料供給裝置，結(jié)果表明沖擊角度,磨料粒徑,水射流壓力,射流壓力和沖擊角度、磨料粒徑和沖擊角度、沖擊角度和超聲振動(dòng)功率的交互作用對(duì)拋光表面粗糙度的影響顯著。

在高壓水射流的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，直接進(jìn)口國(guó)外先進(jìn)設(shè)備使得國(guó)內(nèi)高壓水射流的加工發(fā)展很快，但是對(duì)于如何解決加工精度不高，切口錐度的補(bǔ)償措施等研究或者涉及較少，對(duì)于提高難加工材料和復(fù)雜零件的加工精度具體有效的工程解決方案尚未能解決。現(xiàn)有的磨料水射流的切削應(yīng)用，在粗加工和半精加工中應(yīng)用問題不大，但是在精密加工中則較少采用，這很大程度限制了磨料水射流的全面應(yīng)用，即使有先進(jìn)設(shè)備暫時(shí)還無法完全替代傳統(tǒng)的加工方法和其他非傳統(tǒng)加工方法，這些問題不僅僅是進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備就能夠解決的。對(duì)于其它射流，如空化射流和微磨料射流加工機(jī)理的研究需要進(jìn)一步深入，尤其是將高壓水射流加工與其他如激光加工、超聲波加工、電解加工等方法進(jìn)行結(jié)合，這使加工機(jī)理變得非常復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行研究更是急需深入進(jìn)行。

前混合磨料系統(tǒng)因?yàn)槠浼庸ぞ热菀滋岣撸庸ば?、加工能力遠(yuǎn)超后混合磨料系統(tǒng)，所以在美日德等國(guó)家得到了更廣泛的應(yīng)用。但在國(guó)內(nèi)由于前混合磨料系統(tǒng)對(duì)于磨料的混合液研究不足，使得前混合磨料系統(tǒng)中磨料在混合液中分布相差較大，進(jìn)而使得磨料供給不穩(wěn)定，限制了前混合磨料系統(tǒng)在精加工中的應(yīng)用效果。另外前混合磨料系統(tǒng)的管路和噴嘴因?yàn)槟チ系臎_蝕所以磨損較快，對(duì)于管路和噴嘴的材料提出了更多的要求。這些不僅僅是高壓水射流技術(shù)研究的問題，也是在材料學(xué)的研究方面必須同步取得突破才能解決這些問題。

3 高壓水射流成套技術(shù)的工程應(yīng)用

圖1所示為沈陽航空航天曹國(guó)強(qiáng)、張睿等人為黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司設(shè)計(jì)制造的高壓水射流清砂機(jī)，整套設(shè)備主要工作裝置、傳動(dòng)裝置、水槍、壓力裝置及水處理裝置五大部分組成。

(1)工作裝置由大小轉(zhuǎn)盤附屬構(gòu)件組成；

(2)傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、電磁離合器以及支架等組成；

(3)水槍由噴嘴及移動(dòng)裝置等組成；

(4)壓力裝置由高壓泵組、蓄能器、控制器等組成；

(5)水處理裝置由回收水槽、濾水池、軟化水裝置等組成。

該設(shè)備不僅降低了清砂工序的成本，而且使得單晶葉片的清砂質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率也得到提高，工作穩(wěn)定、可靠，使用壽命較長(zhǎng)。

圖1 高壓水射流清砂機(jī)

圖2所示為曹國(guó)強(qiáng)、張睿等人為北京航空材料研究所設(shè)計(jì)制造的高壓水射流脫芯機(jī)床，用于單晶葉片的陶瓷型芯去除工序。整套設(shè)備由主要工作裝置、傳動(dòng)裝置、水槍、壓力裝置及水處理裝置組成。脫芯機(jī)床以高壓水槍發(fā)射出的高壓水射流沖擊鑄件內(nèi)部的軟化后陶瓷型芯以達(dá)到脫芯的目的。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，通過箱體內(nèi)的模具夾持葉片，靠2組專用快速夾緊裝置實(shí)現(xiàn)固定夾緊，此時(shí)，通過移動(dòng)箱體和水槍的相對(duì)位置來對(duì)正葉片內(nèi)的型芯。

圖3所示為曹國(guó)強(qiáng)、張睿等人為北京航空材料研究所設(shè)計(jì)制造的數(shù)控高壓水射流脫芯機(jī)床，整套設(shè)備主要數(shù)控系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作裝置、壓力系統(tǒng)及水處理裝置五大部分組成。

(1)數(shù)控系統(tǒng)采用華中數(shù)控提供的數(shù)控操作系統(tǒng)；

圖2 高壓水射流脫芯機(jī)床

圖3 數(shù)控高壓水射流脫芯機(jī)床

(2)傳動(dòng)系統(tǒng)由XYZ三坐標(biāo)移動(dòng)裝置組成；

(3)工作裝置由水槍及其移動(dòng)系統(tǒng)、葉片夾持機(jī)構(gòu)、工作室等組成；

(4)壓力裝置由高壓泵組、蓄能器、控制器等組成；

(5)水處理裝置由回收水槽、濾水池、軟化水裝置等組成。

通過此設(shè)備的應(yīng)用，極大地提高了脫芯工序的效率，此設(shè)備數(shù)控編程簡(jiǎn)單，脫芯時(shí)定位精確，脫芯效果好，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖4所示為曹國(guó)強(qiáng)、張睿等人所進(jìn)行的某型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣涂層清理技術(shù)研究課題中，不同參數(shù)下機(jī)匣涂層清除效果。該課題以磨料水射流技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)磨料水射流涂層清理做理論分析；通過對(duì)涂層清理有限元模型的理論研究，分析各工藝參數(shù)對(duì)涂層清理的影響規(guī)律，這里主要分析了磨料射流的流場(chǎng)分布，射流壓力和橫移速度對(duì)涂層清理的影響規(guī)律。采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)不同工藝參數(shù)進(jìn)行磨料水射流涂層清理實(shí)驗(yàn)，找出較優(yōu)的工藝參數(shù)水平組合以及對(duì)涂層清理影響較顯著的工藝參數(shù)。

圖4 不同參數(shù)下機(jī)匣涂層清除效果

從多次實(shí)驗(yàn)分析中得出結(jié)論：使用無磨料水射流清理涂層的效果很差，在射流壓力達(dá)到150 MPa時(shí)清除效果仍然不理想。而使用磨料水射流清理涂層時(shí)，水射流壓力、平移速度、靶距、磨料濃度、磨料顆粒度，入射角度六個(gè)參數(shù)對(duì)涂層清理都有著不同程度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，工件涂層的去除速度與噴射壓力、噴射時(shí)間成正比；而對(duì)于磨料濃度，涂層去除速度先隨磨料濃度成正比后成反比；噴射靶距則是成反比；磨料的目數(shù)適中清理速度最快。

控制噴射壓力、噴射時(shí)間、磨料濃度、靶距、入射角度，磨料顆粒度六個(gè)參數(shù)對(duì)改善涂層清理有很大影響。從提高涂層清理效率考慮，噴射壓力越大越好，但為了涂層清理的質(zhì)量穩(wěn)定可控，噴射壓力最好控制在30 MPa，槍口移動(dòng)速度在5～10 mm/s之間，噴射靶距在30 mm左右，磨料的目數(shù)選擇80目，入射角度60度。

但對(duì)于不同的涂層材料，要達(dá)到好的加工效果，相對(duì)白色涂層的噴射壓力調(diào)高至35～40 MPa，仍可取得較好的質(zhì)量，其它參數(shù)不變。

4 國(guó)內(nèi)高壓水射流技術(shù)存在的問題

國(guó)內(nèi)高壓水射流加工技術(shù)已經(jīng)取得了大量的研究成果，這使得國(guó)內(nèi)各種高壓水射流技術(shù)的發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是相比水射流技術(shù)發(fā)達(dá)的美日德等國(guó)，我國(guó)的水射流加工技術(shù)的發(fā)展還存在許多不足，主要集中在以下幾個(gè)方面。

(1)國(guó)內(nèi)目前對(duì)高壓射流加工的研究，還大多屬于產(chǎn)品應(yīng)用階段，對(duì)于高壓水射流相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)的研究沒有跟上產(chǎn)品制造及應(yīng)用發(fā)展的步伐。目前研究的內(nèi)容多為進(jìn)行一系列假設(shè)后，對(duì)某一特定參數(shù)變化的加工效果進(jìn)行分析，雖然這樣分析起來簡(jiǎn)單明了，但水射流加工的影響因素較多，對(duì)各種加工參數(shù)的相互影響研究較少就會(huì)使得深入研究基礎(chǔ)不足。另外對(duì)于磨料水射流的流變特性、流場(chǎng)特性和本構(gòu)方程等各項(xiàng)研究均提及較少，對(duì)磨料射流流過噴嘴、射流與磨料混合、磨料加速、射流與大氣的相互干擾、磨料顆粒沖擊對(duì)材料的侵蝕和噴嘴移動(dòng)速度對(duì)材料的體積去除率等也較少研究；

(2)在加工精度方面：國(guó)內(nèi)很多學(xué)者研究了不同工藝參數(shù)對(duì)高壓水射流切削加工精度的影響，認(rèn)為射流集中度、靶距、噴嘴結(jié)構(gòu)都對(duì)水射流切割的精度有較大影響，但是對(duì)于如何解決加工精度不高、切口錐度的補(bǔ)償措施等或者涉及較少，或者只是簡(jiǎn)單說明關(guān)聯(lián)性而已，對(duì)于提高加工精度具體有效的工程解決方案尚未能解決。所以現(xiàn)有的磨料水射流的切削應(yīng)用在粗加工和半精加工中應(yīng)用問題不大，但是在精密加工中則較少采用，這較大地限制了磨料水射流的全面應(yīng)用，暫時(shí)還無法完全替代傳統(tǒng)的加工方法和其他非傳統(tǒng)加工方法，而美日德等水射流技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家在精加工中使用磨料水射流技術(shù)已經(jīng)較為廣泛。

(3)加工表面質(zhì)量方面：水射流清洗時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件限制很多情況下可見性很差，所以針對(duì)于特定零件的清洗機(jī)器人及采用旋轉(zhuǎn)噴嘴等可以有效提高清理質(zhì)量，國(guó)內(nèi)這方面需要很大提高。在水射流噴丸強(qiáng)化方面，國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，真正工業(yè)應(yīng)用的很少。磨料射流加工的表面質(zhì)量，受高壓水射流的射流壓力不穩(wěn)定、磨料供給的波動(dòng)影響較大，另外波紋度和切口斜度是磨料水射流切削必須要解決的問題，在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)可以做到將這兩方面降低到較低的程度，但工程應(yīng)用中還需進(jìn)一步研究。

(4)加工能力方面：利用高壓水射流進(jìn)行清洗時(shí)，考慮到水射流的剪切力對(duì)于清洗各種材質(zhì)均有著很大的作用，所以旋轉(zhuǎn)噴頭得到了完全的普及，但國(guó)內(nèi)受成本和技術(shù)水平等影響，旋轉(zhuǎn)噴頭的使用并不廣泛，進(jìn)而降低了清洗效率。數(shù)控技術(shù)方面投入研究的不足使得磨料水射流切削加工方面國(guó)內(nèi)主要集中于粗加工和半精加工，在精加工及復(fù)雜形狀零件的加工上應(yīng)用較少。在復(fù)合材料和脆性材料加工的研究中，相當(dāng)部分研究停滯于實(shí)驗(yàn)室研究，沒有將研究成果應(yīng)用于工程加工中，這方面還需要很多更深入的研究。另外，磨料水射流加工在微型零件、微通道加工及拋光領(lǐng)域中的應(yīng)用需要進(jìn)一步擴(kuò)展。

(5)加工機(jī)理方面：對(duì)于普通的高壓水射流及磨料水射流加工機(jī)理，國(guó)內(nèi)外研究水平相差不大，只是國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)于磨料射流中磨料顆粒的分布情況，磨料射流的速度能量分布研究較少，對(duì)應(yīng)的能量分布模型更是很少研究。對(duì)于其它射流，如空化射流和微磨料射流加工機(jī)理的研究需要進(jìn)一步深入，尤其是將高壓水射流加工與其他如激光加工、超聲波加工、電解加工等方法進(jìn)行結(jié)合，這使加工機(jī)理變得非常的復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行研究更是急需深入進(jìn)行。

(6)磨料水射流加工系統(tǒng)方面：前混合磨料系統(tǒng)因?yàn)槠浼庸ぞ热菀滋岣?，加工效率、加工能力遠(yuǎn)超后混合磨料系統(tǒng)，所以在美日德等國(guó)家得到了更廣泛的應(yīng)用。但在國(guó)內(nèi)由于前混合磨料系統(tǒng)對(duì)于磨料的混合液研究不足，使得前混合磨料系統(tǒng)中磨料在混合液中分布相差較大，進(jìn)而使得磨料供給不穩(wěn)定，限制了前混合磨料系統(tǒng)在精加工中的應(yīng)用效果。另外前混合磨料系統(tǒng)的管路和噴嘴因?yàn)槟チ系臎_蝕所以磨損較快，對(duì)于管路和噴嘴的材料提出了更多的要求，有必要對(duì)前混合磨料水射流加工系統(tǒng)進(jìn)行研究和開發(fā)。這些不僅僅是高壓水射流技術(shù)研究的問題，在材料學(xué)的研究方面必須同步取得突破才能解決這些問題。

5 高壓水射流技術(shù)展望

高壓水射流加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展主要在以下幾個(gè)方面。

(1)發(fā)展智能化控制。采用高壓水射流加工具有較高精度要求或復(fù)雜形狀的零件， 5軸以上的水射流數(shù)控加工機(jī)床的生產(chǎn)和應(yīng)用是必要的前提。這就需要通過大量的加工實(shí)驗(yàn)來確定不同情況下的工藝參數(shù)，使得工藝參數(shù)在加工過程中能夠自適應(yīng)調(diào)整，這樣才能提高機(jī)床的加工精度。對(duì)于這類高精尖水射流加工機(jī)床的設(shè)計(jì)研發(fā)是極其必要的，直接關(guān)乎高壓水射流技術(shù)是否可以滿足從粗加工到精加工整個(gè)工藝流程的實(shí)用上。

(2)提高加工效率。優(yōu)化磨料水射流加工工藝參數(shù)，進(jìn)一步提高效率，減少磨料消耗和降低能耗，使得磨料水射流加工的成本更有競(jìng)爭(zhēng)力。利用磨料水射流加工各種不同材質(zhì)的難加工材料及各種復(fù)合材料的切削，目前其加工效率仍比較低，進(jìn)一步發(fā)展水射流加工技術(shù)提高這些材料的加工效率和質(zhì)量是未來技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

(3)開辟新型射流的研究。不同的加工需求必然需要不同類型的加工能力，空化射流、脈沖射流、冷劑束射流、高粘性添加劑射流、磁流變液射流 、常溫冰點(diǎn)射流等不同類型的高壓水射流必然有著更廣泛的應(yīng)用前景。

(4)不斷擴(kuò)大水射流加工的應(yīng)用范圍。隨著各種新材料的研究應(yīng)用，與之對(duì)應(yīng)的加工技術(shù)必然迅速發(fā)展，而水射流技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。水射流技術(shù)在精加工及超精密加工領(lǐng)域仍有著極為廣泛的應(yīng)用前景，但需要克服的問題難度也是極大。

(5)綜合應(yīng)用其他加工技術(shù)。將其他加工技術(shù)如激光、超聲波、電解加工等加工技術(shù)與高壓水射流技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合將顯著提高水射流技術(shù)的應(yīng)用范圍和加工效率。

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(責(zé)任編輯：陳素清 英文審校：唐亮)

Review on high pressure water jet

CAO Guo-qiang1,ZHANG Rui2

(Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China)

We review the literatures on high pressure water jet technology in recent years including ordinary water jet,pulsed water jet,cavitation jet and abrasive waterjet,etc.The domestic problems in the development of high pressure water jet technology are also discussed.We find that there are no specific effective way to improve the processing precision and relatively rare applications of high pressure water jet technology on precision processing and complex surface processing.Besides there are also many difficulties in composites and brittle materials processing.And the applications of abrasive water jet processing in the field of micro parts,micro channel processing and polishing must be studied further.Finally,the main development trend of high-pressure water jet technology is prospected,and the developments of intelligent controlling,improvement of processing efficency,reinforcement of the research on the new jet,the scope of application of water jet processing expansion,and combination with others processing technologies are thought to be the further direction.

high pressure water jet;review;development

2016-10-20

遼寧省自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：20170540701)

曹國(guó)強(qiáng)(1969-)，男，河北滄州人，教授，博士，主要研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)，E-mail:sycgq@126.com

2095-1248(2017)03-0001-16

V235

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2017.03.001