基于磨料水射流的工程陶瓷鉆削實驗研究.pdf

1、工程陶瓷材料是一種經(jīng)高溫燒結(jié)而形成的無機非金屬材料，它具有高強度、高硬度、耐腐蝕、耐高溫、密度小和低的電磁感應(yīng)性等優(yōu)良性能，已被廣泛應(yīng)用于光學、航空航天、機械、電子、生物工程、化工工業(yè)等領(lǐng)域。研究工程陶瓷材料的鉆削加工具有十分重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　 磨料水射流特種加工技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型特種加工技術(shù)，具有極強的冷態(tài)沖蝕磨削作用，而且熱影響小、反作用小、無火花、切割速度高和切口質(zhì)量好等優(yōu)點，尤其適用于各種熱

2、敏、壓敏材料、高硬度、高脆性、難加工材料和宇航復合材料等材料的切割加工，目前已被廣泛地用于金屬、陶瓷、石材、疊層玻璃、涂層復合材料和鈦合金板材的切割加工中。
　　 在論文中，通過流體力學基本方程、能量守恒定律以及動量定理等基本理論推導出水射流的速度、流量和其他基本射流參數(shù)的理論公式，得到了磨料水射流的基本理論依據(jù)，建立了磨料水射流鉆削工程陶瓷的理論模型。
　　 論文應(yīng)用Fluent軟件中的DPM(DiscretePhas

3、eModel)模型模擬仿真了噴嘴內(nèi)輪廓結(jié)構(gòu)對磨料軌跡和速度的影響，根據(jù)實驗室現(xiàn)有的設(shè)備選取了最優(yōu)噴嘴結(jié)構(gòu)進行了磨料水射流的鉆削加工實驗，分析研究了磨料水射流鉆削加工Al2O3工程陶瓷時各工藝參數(shù)對材料加工能力和加工質(zhì)量的影響。
　　 論文著重研究了射流壓力、靶距、射流移動速度和磨料流量對鉆削加工Al2O3工程陶瓷的孔深和孔壁粗糙度的影響。研究結(jié)果表明，隨著射流壓力的增加，水射流的速度、沖擊力和磨料動能都增大，轉(zhuǎn)換為材料所受的破壞

4、能也越大，材料的破壞程度加深，鉆削加工深度幾乎呈線性關(guān)系增大，孔壁表面粗糙度值減小。在最佳靶距內(nèi)，隨著射流靶距增大，磨料水射流的能量隨之擴散，磨料水射流帶動磨料顆粒均勻地沿射流軸線沖蝕陶瓷材料，使得孔壁表面粗糙度值減小；當靶距超過最佳值后，靶距的繼續(xù)增加，使得鉆削深度急劇減小而壁面粗糙度逐漸增大。射流移動速度小，磨料水射流對材料沖擊時間就長，鉆削加工深度就越大，隨著射流移動速度增大，單位時間內(nèi)磨粒對被切割材料的重疊沖擊次數(shù)少，鉆削加工深

5、度明顯下降，當射流移動速度增大到一定值時，鉆削加工深度的減小并不明顯，并最終穩(wěn)定在某一個鉆削加工深度上，但孔壁粗糙度隨著射流移動速度的增加而增大。當磨料流量增大時，孔深幾乎與磨料流量呈線性關(guān)系。但隨著磨料流量繼續(xù)增大，孔深呈平緩趨勢增加，而孔壁粗糙度的減小變化并不顯著。
　　 論文應(yīng)用正交實驗法和極差分析方法對磨料水射流鉆削加工工程陶瓷進行了實驗研究和分析。鉆削加工深度的極差分析結(jié)果表明，射流壓力對結(jié)果的影響程度很大，其次靶距對

6、深度也有很重要的影響。根據(jù)本實驗參數(shù)水平及優(yōu)化結(jié)果確定了較優(yōu)的水平組合：水射流壓力230MPa；射流靶距3mm；射流移動速度5mm/min；磨料流量95.8g/min。孔壁粗糙度的極差分析結(jié)果表明，射流壓力對結(jié)果影響程度最大；其次影響較大的是磨料流量與射流移動速度，最后根據(jù)本實驗參數(shù)水平及優(yōu)化結(jié)果確定了較優(yōu)的水平組合：水射流壓力230MPa；射流靶距7mm；射流移動速度10mm/min；磨料流量95.8g/min。
　　 論文采