應對大尺度曲面復合材料的成型切割工程，本文基于高精度、高速度的切割要求，在美國波音公司水切割應用
基礎上提出了以提高工作壓力來確定高端的水射流工況，在反復的試驗基礎上建立數學模型，以超高壓水切割加工中心
成套裝備的可靠性運行為目標進行水切割機構的閉環設計。通過應用實例，本項目得出超高壓水射流可靠運行與其對
復合材料的高精度、高速度切割作業的對立統一經驗。本項目理論研究、結構設計、試驗應用很好地適應機翼復合材料
加工的高技術要求。由此可見，在可靠運行前提下提高工作壓力對高精度、高速度加工復合材料是極
復合材料不同于大多數金屬，它不是各向同性而是各向異性。其加工一直是個工程難題，對于碳纖維復合材料，傳統機械加工方式會產生分層、變形、劈裂等問題，且切口光潔度差，只能進行初加工，且產生的超細粉塵嚴重危害健康。航空飛行器大型構件的特點是大尺度曲面復合材料零接縫切割對接，采用超高壓水切割五軸聯動平臺作業也是美國波音飛機制造公司的標準工藝。對于小至幾米大至十余米的成型曲面機翼、尾翼或機身蒙皮等構件，要實現平穩定位、刀頭隨曲面保持法向橫移、射流以點線切入、高速高精度變化相對位置，而且實現隨機跟蹤監測、調節、補償一體化，確保大尺度曲面的整體加工精度。而這一切超高要求，最重要的基礎設備就是高端超高壓水射流發生系統與執行機構。
課題的目標是切割以機翼為主的大尺度曲面復合材料，其厚度大多在 3 mm 左右，以通用產品的壓力已夠用。但對大尺度工作的高精度、高速度作業要求，即作業過程中不允許停頓、更不允許重復，且要求法線切縫，輪廓粗糙度為 ± 0． 762mm( ± 0． 03 in，美國波音公司要求) 。通過對美國 PAＲ 公司 420 MPa 產品應用( 工作壓力 350MPa) 的長期應用和對相同材料的試驗證實，應當將額定壓力提高到 500 MPa，工作壓力不低于 400MPa，射流流量仍為 3 L /min。顯然，確定了這樣一組高端工況參數面臨著增壓器的升級和整個系統承壓后部件與控制部件的可靠運行難題。為了保證 500 MPa 大流量增壓器的可靠運行，筆者先期研制了等功率的 600MPa 超高壓系統，得出以下設計經驗。
( 1) 承壓材料的選用。超高壓承壓零件大多采用 316 L 等高強度不銹鋼材料，栓塞為工業陶瓷，進出水閥組多采用 630，蓄能器則為不銹鋼與高強鋼的組合套筒結構。
( 2) 結構參數的適應性。為了適應 500 ～ 600MPa 超高壓單機 3 L /min 大流量的可靠運行，增壓器的結構參數優化尤為重要。雖然隨著技術的發展，傳統設計對柱塞運行的線速度已被突破，但盡可能增大柱塞直徑、增加行程，減少往復次數仍是遵循的原則。只有這樣，才能提高往復動密封、超高壓密封的壽命指標。
( 3) 組合密封設計。無論是往復密封還是靜密封的設計都一定是不同密封材料與形狀呈軸向組合排列的。它們可能順排、可能間置。但都必須考慮其軸向尺寸盡可能短，以保證柱塞的自由對中性。當然，密封段的潤滑與冷卻也須重視。
( 4) 精細加工、結構緊湊。凡是超高壓承壓零件和水切割頭等都須遵循這一點。如進、出水閥組采用限程平板閥，進水流道和出水流道平行布置于中心線兩側的閥體上。這種設計使得余隙容積基本僅限于柱塞行程空間。
( 5) 簡單化零件設計。零件設計越簡單，超高壓工況越安全可靠。因此，承壓零件多以直筒狀且不采用螺紋連接。尤其是對切割頭的專利設計，其特點是水噴嘴、混合腔、混砂管的對中性尤為重要。
大尺度曲面復合材料水切割的應用實例是對機翼半件修( 裁) 邊，該工件長達 11 m，寬約 1m，基本平面，邊緣為曲面。工件與點陣托架必須是相觸支撐，真空吸附。既不能強吸變形，又不能保持非接觸間隙，“C”形杯“卡”住工件沿曲線保持切割頭法向作業并運行，不能與曲面有任何碰觸，這就要求五軸聯動主立軸嚴格按操控程序運行; 射流工況壓力必須穩定在門限壓力以上的較高級別段，一經確認，不得出現超限脈動。而要做到這一點，水噴嘴和磨料噴砂管的完好是必要保證，即射流直線段必須足夠和一致; 系統必須保證磨料供應和干燥連續和均勻，這取決于強制供砂、砂閥控制、不回水和
程序控制的穩定性。一旦開始，在長約 30 m 的周邊作業期間不允許出現任何不穩定工況或停車現象，因此必須在試走刀過程中得以確認。
試驗結果與實際應用相吻合。當工作壓力處于低限，如 300 MPa，切縫就會不可預見地出現分層現象，即表面有鼓包突出; 切縫還會不規則的出現“凸臺”現象，即切縫剖面與曲面呈現可見的非垂直現象; 另外，壓力的不穩定也會導致切縫產生毛刺。這些試驗經驗必須在應用中完全杜絕，因此，新一代的高端水切割機加工中心將工作壓力穩定在 400 ～ 500 MPa 是一個實現高精度、高速度的標志
對于大尺度曲面復合材料水切割工程，提高工作壓力在 400 MPa 以上、流量為 3 L /min，可以適應高精度、高速度的加工要求。因此，無需增加流量，額定壓力為 500 MPa 的水切割加工中心可以滿足復合材料工藝。圍繞此工藝的試驗數據、數學模型、系統機構設計在實際應用中起到了指導性作用。
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