硬脆材料沖蝕機(jī)理及前混合微細(xì)磨料水射流拋光技術(shù)研究.pdf

1、本文通過磨料水射流加工實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化磨料水射流加工的工藝參數(shù)，分析磨料水射流沖蝕硬脆材料所形成的凹坑形貌，研究材料去除機(jī)理。分析后混合磨料水射流加工中射流的形貌及形成機(jī)理，并對射流的速度、磨粒及能量分布進(jìn)行建模，從理論上分析后混合磨料水射流加工效率和加工精度低的原因。開發(fā)前混合磨料水射流加工系統(tǒng)，解決后混合加工系統(tǒng)中存在的問題。通過拋光實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證前混合磨料水射流加工系統(tǒng)的可行性，提高磨料水射流加工的效率和精度，擴(kuò)大磨料水射流在高效和精密加

2、工領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　 研究了高壓磨料水射流切割花崗石時(shí)主要工藝參數(shù)(水壓、靶距、橫移速度和磨料流量)以及被切割材料性能對工件切口形貌和尺寸(切口寬度、切口錐度和切割深度)的影響，建立了磨料水射流切割花崗石時(shí)的切口寬度、切口錐度和切割深度經(jīng)驗(yàn)預(yù)測模型。結(jié)果表明，射流壓力對切口形貌及尺寸的影響最大，其次是噴嘴橫移速度和靶距，磨料流量對切口形貌及尺寸的影響較小。被切割材料的性能對切口尺寸有一定的影響，隨切割材料的硬度和斷裂韌度的增大

3、，切口寬度和切割深度減小，而切口錐度增大。
　　 研究了高壓磨料水射流沖蝕花崗石時(shí)材料的去除機(jī)理，材料是在沖擊力、剪切力和水楔效應(yīng)的共同作用下去除的。沖擊力使材料產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋，剪切力使材料產(chǎn)生塑性變形和切削變形，水楔效應(yīng)會加速裂紋的擴(kuò)展和材料去除。
　　 研究了高壓純水射流和磨料水射流對石材沖蝕凹坑的成形機(jī)理，分析了磨料水射流的形貌及速度、磨料、能量分布，建立了磨料水射流的速度分布、磨料分布及能量分布模型。結(jié)果表明，高壓

4、磨料水射流對石材表面沖擊時(shí)形成“倒鐘”形凹坑，凹坑直徑和深度隨靶距的增加而增大；而純水射流沖擊石材時(shí)形成了直徑與混合管直徑相當(dāng)，邊緣參差不齊的小孔。分析了后混合磨料水射流的形貌，磨料水射流從射流中心沿徑向至射流邊緣流速逐漸降低，磨料濃度逐漸增大。建立了后混合磨料水射流的速度分布、磨料分布及能量分布模型，分析了后混合磨料水射流加工精度和加工效率低的原因。
　　 設(shè)計(jì)和開發(fā)了前混合精密微細(xì)磨料水射流加工系統(tǒng)，研制了前混合磨料水射流混

5、料系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)，構(gòu)建了前混合磨料水射流加工系統(tǒng)。并對該系統(tǒng)的流量和流速、射流形貌和尺寸、射流沖擊力等性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，射流流量、流速和沖擊力隨壓力的增加而線性增大。
　　 利用自制的前混合精密微細(xì)磨料水射流加工系統(tǒng)分別對硅酸鹽玻璃、氮化硅陶瓷和微通道表面進(jìn)行了拋光。結(jié)果表明，硅酸鹽玻璃和氮化硅陶瓷拋光前后的表面質(zhì)量得到了較大改善，硅酸鹽玻璃的平均表面粗糙度(Ra)值由拋光前的2.32μm降低為拋光后的0.35μm。Si