磨料射流加工（Abrasive Jet Machining，AJM）是利用由喷嘴小孔高速喷出的微小磨料粒子作用于工件表面，通过粒子的高速碰撞剪切作用达到磨削去除材料的加工工艺。这种工艺在过去二十年中发展得非常迅速，具有很高的柔性、很强的复杂型面适应性，因此应用范围很广，在多学科融合发展方面已呈现出百花齐放的态势。

磨料射流除了在表面处理方面用于表面光整，包括涂层、焊接和电镀的前处理或后处理外，在制造方面，小的加工点非常适合板材切割、空间表面抛光、铣削、车削、钻孔和表面织构化，说明磨料射流可以充当砂轮、车刀、铣刀、钻头等传统工具。

而从射流的本质或根源来看，磨料射流技术分为（磨料）水射流、浆体射流、磨料气射流等。今天就首先来讲讲磨料水射流技术的发展状况和优势。

一、磨料水射流技术的起源

磨料水射流是在纯水射流的基础上发展起来的。纯水射流（Water Jet，WJ）起源于20世纪30年代，一种说法是为了开采煤矿，另一种说法是为了切割某一种特殊材料，其工作原理如下图a所示。在早期，水射流能够达到的压力在 10 MPa 以内，只能用于冲刷煤层、切割纸和布匹等软材料，但随着科学技术的发展，70年代末期国际水射流领域出现了多种令人振奋的新动向，其中具有代表性的是由MohamedHashish博士在1979年提出的磨料水射流技术（Abrasive Water Jet，AWJ），其工作原理如下图b所示。

水射流和磨料水射流原理图

二、磨料水射流用于抛光时的原理

磨料水射流技术的工作原理为：干燥的磨粒和空气被水射流产生的负压吸入混合腔内并加速，最后经喷砂管汇聚喷出。引入磨料后的水射流几乎可以用来加工任何坚硬的物体，而无磨料的纯水射流，即使在压力高达120 MPa时也没有明显的材料去除。

将磨料水射流技术用于切割物体

而在抛光应用场合，该过程又被称为磨料水射流抛光(Abrasive Water Jet Polishing，AWJP)。抛光液通过高压泵的加压作用从喷嘴高速射向工件表面后，其内部混合的磨料粒子会与工件表面通过撞击和剪切作用实现材料去除，进行表面抛光加工。碰撞结束后，抛光液与磨料流回到回收装置中，整个加工过程循环使用，对工件可进行持续加工。

精密磨料水射流抛光原理图

此外，喷射系统是射流加工的关键，它将压力能转变为动能从而产生高能流束并完成水射流加工。而喷嘴结构对射流的动力学特性、去除函数及抛光元件的表面粗糙度都会产生很大的影响。研究发现，利用收缩角为13。、长径比为4的锥柱型喷嘴进行射流抛光能获得较好的射流特性，其射流出口断面的紊动强度低、流速和磨料浓度分布均匀。

注：

现有的加工方式主要分为前混合式射流和后混合式射流：前混合式射流是先将磨料与水混合均匀，再通过增压输送到喷嘴喷射形成磨料水射流。前混合式有着抛光液混合均匀度高、所需压力低、能量利用率高、射流动力特性好等优点，但系统复杂且磨损严重；

后混合式射流是磨料在喷嘴处的混合腔中与水混合形成抛光液，通过聚焦管而形成射流。其结构简单，磨损小，使用寿命长，但难以将磨料和水混合均匀，导致喷射于工件表面的磨粒发散性高，加工精度低。

三、选用磨料对抛光质量的影响

磨料作为AWJP技术中材料去除的主体，其形状、大小、种类等参数对加工的效率和加工工件的表面质量有着直接影响。目前常选用的磨料种类用：SiC、Al₂O₃、CeO₂、石榴石等，一般来说磨粒硬度越大就越能提高材料去除率和表面粗糙度。

一些常见的磨料形状

除此之外，还有以下因素会对抛光质量产生影响：

①圆度：强争荣叫研究了磨料粒子圆度对加工的影响，结果表明磨料圆度越大，出口速度就越大，材料去除率越高，对喷嘴磨损越小。

②均匀性：付文静等研究了粒径均匀性对射流去除特性的影响，结果表明不同粒径粒子的冲击去除率分布相似，但冲击去除率随粒径的增大而减小。

③粒度：ZHAO等分析了磨料粒度对材料去除的影响，增大磨料尺寸时，去除材料的横截面从W形变为了U形，并通过试验分析得出粒子间的碰撞是材料去除的主要原因，而纳米级的粒子抛光表面以原子形式逐个去除。

资料来源：

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