微磨料水射流加工系統(tǒng)研制與實驗研究.pdf

1、現(xiàn)代制造技術(shù)正朝著產(chǎn)品小型化和加工過程微型化的方向不斷發(fā)展，用于加工微型零件的材料越來越難加工，加工精度卻要求越來越高，這是當前微細加工技術(shù)所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。微磨料水射流加工技術(shù)（射流直徑10～100μm）在近十幾年來快速發(fā)展，已經(jīng)實現(xiàn)對金屬、合金、陶瓷、光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體以及復(fù)合材料等難加工材料進行微細加工，因其在加工中無熱影響區(qū)，不改變工件的材料性能，已在微細加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
　　本文首先根據(jù)微磨料水射流基本理論，設(shè)計出

2、前混合式微磨料水射流加工系統(tǒng)，主要包括供壓系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)以及輔助裝置5個部分，通過對各個系統(tǒng)元件的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計，成功研制出微磨料水射流加工系統(tǒng)。系統(tǒng)的最大工作壓力為35MPa，能夠?qū)崿F(xiàn)磨料的均勻和穩(wěn)定供給。采用平均直徑為1.8μm的氧化鋁磨料，通過出口直徑為97.8μm的噴嘴可以形成微細磨料水射流。其次在流體力學(xué)和計算流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)上，利用Fluent對噴嘴內(nèi)外流場進行數(shù)值模擬。以圓柱形、圓錐形和錐直形3種

3、噴嘴為研究對象，采用多相流中的VOF模型和DMP模型對噴嘴內(nèi)外固液氣三相流場建立仿真模型并計算，綜合分析流場中的壓力和速度分布、射流的核心段長度以及射流的集束性，發(fā)現(xiàn)圓錐形噴嘴比較適用于微磨料水射流加工，并研究了噴嘴長度和錐角對射流流場的影響，從而優(yōu)選出噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)。隨后通過實驗驗證了仿真模型的準確性。最后運用所研制的前混合式微磨料水射流加工系統(tǒng)對厚度為0.1mm的不銹鋼薄板進行切割加工實驗，所形成的切口為上寬下窄的倒梯形。通過研究噴射