磨料漿體射流切割能力衰減及恢復(fù)性研究.pdf

1、磨料漿體射流技術(shù)是預(yù)先將磨料、添加劑和水配制成漿體，利用高壓泵增壓通過(guò)噴嘴而形成的一種高速射流技術(shù)。磨料漿體屬于非牛頓流體，具有很好的流動(dòng)性、動(dòng)力性和集束性。磨料漿體中由于高聚物的加入，磨粒在輸送過(guò)程中的濃度穩(wěn)定性強(qiáng)，速度損失小，出口速度大，其切割效能大大提高。同時(shí)該技術(shù)改善了磨料水射流中因磨料下沉堆積引起的管道堵塞，切口寬度較大，磨料不便重復(fù)使用等不足。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用在煤炭、石油、冶金、航空、建筑、機(jī)械等領(lǐng)域，主要用來(lái)對(duì)物料進(jìn)行

2、切割、破碎和清洗。 在漿料及高壓傳遞介質(zhì)水的自動(dòng)循環(huán)使用的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)切割加工工藝及相應(yīng)磨料顆粒的動(dòng)能、切割能力隨工作時(shí)間衰減性模型、切割能力隨添加磨料量的恢復(fù)性模型的研究，實(shí)現(xiàn)了較低的成本和比能耗下的對(duì)薄金屬板、脆性材料的細(xì)縫切割，為該技術(shù)的應(yīng)用及切割能力和質(zhì)量的控制提供堅(jiān)實(shí)的理論研究基礎(chǔ)。 論文首先研究影響磨料漿體射流切割能力的參數(shù)，根據(jù)材料的去除效率與磨料射流的動(dòng)能成正比的關(guān)系，分析速度和質(zhì)量這兩個(gè)參數(shù)對(duì)切割能

3、力的影響。以單個(gè)磨粒為例，首先分析它在漿體中的受力情況，然后分析它在高壓管路、噴嘴收斂段和噴嘴圓柱段內(nèi)的加速運(yùn)動(dòng)狀況，最后通過(guò)對(duì)噴嘴內(nèi)的漿體射流流場(chǎng)速度及磨粒出口速度的數(shù)值模擬，得出磨粒沖蝕靶材的速度等于漿體的速度，即磨料流的速度為定值，動(dòng)能的變化主要由質(zhì)量的變化引起的這一結(jié)論。 磨料漿體射流切割能力的衰減由單位時(shí)間內(nèi)的磨料的質(zhì)量流量衰減決定的，質(zhì)量的減少是磨粒與靶材的碰撞以及相互之間的碰撞使磨粒損耗引起的。磨粒的損耗主要有磨損

4、和破損兩種形式，有“削裂”、“解體”、“斷裂”、“彈性碰撞”等模式，影響因素有磨粒的速度、表面能、質(zhì)密度等。通過(guò)對(duì)磨料循環(huán)使用后的剩余物篩分實(shí)驗(yàn)分析得出了磨粒碰撞后會(huì)留下一個(gè)核心主體，因此可以保留一定的切割能力。 由切割過(guò)程的兩個(gè)階段出發(fā)，建立了磨料漿體射流切割深度的數(shù)學(xué)模型方程，然后考慮磨料的質(zhì)量流量隨工作時(shí)間和磨料添加量的變化情況，代入相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，得到磨料漿體射流切割能力衰減和恢復(fù)的理論方程。在實(shí)際的加工工藝中，需要根據(jù)

5、切口質(zhì)量來(lái)判斷切割能力的變化程度。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，本文提出了基于波紋度和基于下上切口寬之比的兩個(gè)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在此標(biāo)準(zhǔn)上，選擇合適的加工工藝參數(shù)，以便能更好地控制切割質(zhì)量。最后，用磨料漿體射流數(shù)控機(jī)床對(duì)典型脆性材料大理石展開(kāi)了切割試驗(yàn)研究。先通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，以切割深度為依據(jù)，確定了系統(tǒng)工作的最佳參數(shù)組合。在系統(tǒng)壓力、進(jìn)給速度、切割靶距一定的工作情況下，重復(fù)使用磨料切割，及時(shí)采樣大理石的切深、波紋度和下上切口寬之比，切割衰減和恢復(fù)的理論模