基于LS-DYNA仿真的射流加工参数分析

目的通过LS-DYNA对磨料射流冲蚀切削进行仿真,研究相关工艺参数对切削参数的影响。方法采用磨料水射流对Al_2O_3陶瓷进行了单点冲蚀仿真和切削仿真研究,其中水和磨料粒子采用SPH方法建模,氧化铝陶瓷工件采用FEM方法建模,并通过SPH-FEM耦合算法,实现射流冲蚀切削过程的仿真。结果分析射流冲蚀过程仿真和切削过程仿真可知,射流加工前期,由于射流中磨粒碰撞与反弹,使壁面成不规则"V"型。初始阶段,切深随计算时间呈线性增加,同时壁面对磨粒产生制约作用,从而使加工处的孔深基本不再增加。由于磨粒在冲蚀处壁面底部的冲蚀作用,使凹坑底部宽度增加并迅速趋于稳定。同时切削仿真与冲蚀仿真也存在一定区别,主要由于切削过程设定了移动速度。结论将仿真结果与实验结果进行比较可知,切削深度随着泵压的增大而成线性增大,切深随磨料流量的增大而增大,随靶距和横移速度的增大而减小。其中切深与磨料流量、靶距、横移速度均为非线性关系,工件最大切深与计算时间不呈线性关系增长。     

基于高压纯水射流的45钢表面强化研究

目的对高压纯水射流强化后的45钢表面进行研究,分析工艺参数对强化表面残余压应力与表面粗糙度的影响。方法采用正交试验法研究射流压强、靶距、横移速度、进给量和循环次数对强化质量的影响。利用Minitab软件对试验结果进行分析,研究其影响规律,并探究最佳工艺组合。结果工艺参数对纯水射流强化表面残余压应力影响程度的主次顺序依次为:循环次数进给量压强横移速度靶距;工艺参数对纯水射流强化表面粗糙度影响程度的主次顺序依次为:压强循环次数进给量横移速度靶距;工艺参数对纯水射流强化表面质量影响程度的主次顺序依次为:压强靶距进给量循环次数横移速度。综合强化表面残余压应力与表面粗糙度,得到最优工艺参数:射流压强200 MPa、靶距10 mm、进给量0.5 mm、循环次数2次、横移速度100 mm/min。结论高压纯水射流对45钢的表面强化效果显著,所得强化表面残余压应力提升明显,但表面粗糙度提升不明显,表面粗糙度值低于1.1μm。     

磨料射流铣削工艺参数优化

目的对表面粗糙度和材料去除率作为输出参数的磨料水射流铣削45#钢过程进行研究,旨在寻找最优加工参数。方法对射流去除材料机理进行了分析,设计并进行了以磨料粒度、射流压力、横向进给距离、靶距为加工工艺参数的田氏正交实验。采用Minitab对不同实验参数组合下磨料水射流加工45#钢的表面粗糙度、材料去除效率进行了数据分析,并从材料去除机理方面,对4种加工工艺参数对于铣削表面质量和材料去除效率的影响程度和影响趋势,以及各因素之间的交互作用进行了分析。结果对射流铣削面表面粗糙度影响较显著的因素是横向进给距离,射流压力次之;对于材料去除效率,磨料粒径的影响最显著,横向进给距离次之。结论综合材料去除效率和表面粗糙度值,选出最优加工参数:磨料粒径2000目,射流压力120~160 MPa,喷嘴横移距离1.0~1.5 mm,靶距约30 mm。     

磨料水射流切割微晶复合材料的工艺参数对光滑区粗糙度的影响

本文通过单因素试验,研究了磨料水射流切割微晶复合材料时射流压力、靶距、切割速度和磨料流量对光滑区粗糙度的影响规律,进行了正交试验,得出了磨料水射流各工艺参数对光滑区粗糙度影响的重要程度主次顺序,并且得出了最优工艺参数组合。试验结果表明:在磨料水射流切割微晶复合材料时,射流压力增加,光滑区粗糙度先减小后增加;靶距增加,粗糙度增大;切割速度增加,粗糙度增大;磨料流量增加,粗糙度减小。优化后的加工工艺参数为:射流压力260 MPa、靶距4 mm、切割速度144mm/min、磨料流量590 g/min。     

基于MAWJ刀具钝化钝圆半径的回归分析

为得到微磨料水射流加工参数与刀具钝圆半径之间的关系,综合考虑射流压力、横移速度、磨料流量、磨料粒度、靶距5个主要参数对刀具钝化钝圆半径的影响,采用正交试验设计方法设计试验。使用MATLAB软件对试验结果进行方差分析并建立回归模型,得到影响钝圆半径的主要钝化参数和回归模型方程。研究结果表明:磨料流量、横移速度和磨料粒度是影响钝圆半径的主要因素,而射流压力和靶距对其影响较小,可能是由于取值过于密集导致;由回归分析得到的预测模型能够很好地预测钝圆半径的值,其最大相对误差小于7.59%。     

高分子添加剂对磨料水射流切割质量的影响

通过磨料水射流和在磨料水射流中加入不同浓度高分子添加剂切割大理石的对比实验,测量了在不同工况下切缝表面不同位置测点的粗糙度。试验结果表明:在相同工况下,高分子添加剂磨料水射流较磨料水射流能减小切缝表面粗糙度,提高切缝表面质量;不同浓度高分子添加剂磨料射流对切缝表面粗糙度影响不一,存在最优浓度为3×10~(-4);磨料水射流切割中,走刀速度过慢和过快时获得切缝表面最小表面粗糙度的靶距较正常走刀速度大;高分子添加剂磨料射流切割中,不同走刀速度下获得切缝最小表面粗糙度的靶距趋向一致。     

基于压痕理论的超高压射流喷射强化304钢表面特性研究

目的 高压纯水射流喷射冲击金属表面可以提高材料的力学性能,延长其使用寿命,研究射流喷射过程中金属表面特性有助于掌握关键影响参数,为工业应用提供支撑。方法 基于压痕断裂理论推导纯水射流喷射强化金属表面压痕方程式,采用数值模拟进行验证,并使用扫描电子显微镜、三维轮廓仪、显微硬度计及μsoft analysis软件对射流冲击强化后的304钢进行试验分析,采用单因素法及正交试验法考察超高压水射流压强、靶距和横移速度3个因素对射流冲击强化304钢微观特性及表面质量的影响规律。结果 在水射流冲击强化304钢表面的过程中,压痕深度与射流压强及靶距直接相关,射流冲击可以有效改善金属表层微结构及应力分布,其强化层与剥落层的分界不明显,材料表面的微观形貌在射流压强改变时变化最大。结论 高压纯水射流对304钢的表面强化效果显著,但过高的射流能量会对材料表面造成严重的剔除效果。3个因素对表面粗糙度影响的主次顺序为：射流压强、靶距、横移速度,对表面硬度影响的主次顺序为：射流压强、靶距、横移速度。     

便携式磨料水射流系统切割X60钢的试验研究

磨料水射流切割技术能够满足油气储运设备设施应急抢修切割的需求。通过切割试验研究了便携式磨料水射流切割系统对管线钢的切割特性,得到压力、靶距和横移速度对切割深度的影响关系,提出了切割深度预测模型。结果表明:切割深度与切割压力成正比,与靶距和横移速度成反比。切割深度模型对切割结果预测的最大误差为15.04%,最小误差为0.87%,平均误差为5.98%,表明切割深度模型在一定参数范围内能够有效指导切割工艺的制定。     

磨料水射流对硬质合金切割深度的试验研究

通过用高压磨料水射流对硬质合金进行切割,以单因素试验的形式分析了射流压力、切割速度、磨料流量、靶距对硬质合金材料切割深度的影响。在单因素试验的基础上,选定各因素的水平进行正交试验,通过极差分析对加工参数进行优化。结果表明:各因素对切割深度的影响主次关系依次为射流压力、切割速度、磨料流量、靶距;获得最大切割深度的最优工艺参数为:射流压力280 MPa、切割速度50.8 mm/min、磨料流量545 g/min、靶距5 mm,此时实测切割深度为0.70 cm,达到最佳效果。      

磨料浆体射流抛光模具钢的试验研究

通过磨料浆体射流抛光加工SKD12模具钢的试验研究,分析了浆体射流的加工参数与抛光加工工件表面质量之间的关系,得出了各个工艺参数对磨料浆体射流加工质量的影响规律。结果表明:模具钢抛光表面R_a值与磨料尺寸成正比,与工件的初始R_a值无关;走刀速度4 mm/s、喷射压力0.7 MPa、靶距5 mm、磨料浓度75 g/L时工件表面质量最佳;氧化铝磨料比碳化硅磨料抛光质量高;当走刀间距为1.25D时表面粗糙度值最低,且喷嘴直径越大表面R_a值越小。      

固结磨料球对氟化钙晶体摩擦磨损性能的影响

目的通过改变固结磨料球的基体和磨料特性,研究氟化钙晶体的摩擦磨损性能,为超精密加工中研磨抛光氟化钙晶体固结磨料垫的选择提供指导。方法基于固结磨料加工技术制备固结磨料球,并与氟化钙晶体对磨。研究固结磨料球的磨料种类(金刚石和氧化铈两种磨料)、基体硬度、磨粒粒径对摩擦系数、划痕截面积、划痕处粗糙度的影响。结果金刚石磨料对磨的晶体表面划痕截面积S=480μm2,划痕处粗糙度Ra=85.3 nm,摩擦系数的平均值μ=0.537;氧化铈对磨磨料的S=307μm2,Ra=74.7 nm,μ=0.543。与氧化铈相比,金刚石磨料对磨的晶体表面产生划痕截面积、划痕处的粗糙度均较大,摩擦系数达到稳定的时间短,且摩擦系数的平均值较小。随着基体硬度增大,产生的划痕截面积逐渐增大。当基体硬度适中时(Ⅲ型基体),划痕截面积趋于稳定,S稳定在450μm2左右,此时划痕处粗糙度值也最小,为85.8 nm。在基体Ⅲ、Ⅳ两处,划痕截面轮廓的对称性较好。随着基体硬度增加,摩擦系数达到稳定的时间逐渐减小,动荡幅度也减小,但摩擦系数平均值增大。随着磨粒粒径增大,划痕截面积和划痕处的粗糙度值均增大,摩擦系数达到稳定的时间增加,且摩擦系数平均值增大。结论在选择固结磨料垫加工氟化钙晶体时,应选择金刚石磨料和基体Ⅲ,而磨粒粒径则需根据材料去除率和表面质量的要求做出相应选择。     

去除管道3PE防腐层的轴向扇形喷嘴数值模拟

目的 优化设计一种轴向扇形喷嘴,通过产生扇形磨料水射流去除管道3PE防腐层,以期提高去除管道3PE防腐层的效率和安全性.方法 建立轴向扇形喷嘴物理模型及扇形磨料水射流流场的计算模型.基于FLUENT软件,采用颗粒轨道模型、Realizable k-ε湍流模型对轴向扇形喷嘴内外磨料水射流流场特性进行数值模拟研究.结果 沿着射流流动方向,扇形喷嘴收缩段(邻近圆柱段区域)磨料颗粒速度增加明显,圆柱段磨料颗粒速度增加不明显.由于喷嘴流通面积减小或V型槽致使流道形状改变,进入扇形喷嘴椭圆段后直至喷嘴出口处,磨料颗粒速度总体增加,但其速度分布呈现复杂规律,在射流的两侧边缘存在高速区.在扇形喷嘴外流场中,磨料颗粒速度呈减小趋势,同时,磨料颗粒速度云图在X轴某一位置出现了分叉现象,速度云图在分叉点之后的区域出现空白,即从分叉点之后,外流场的某些区域没有磨料颗粒的存在.为了充分发挥磨料颗粒对3PE防腐层较好的冲蚀效果,扇形磨料水射流去除3PE防腐层时,应将靶距控制在分叉点位置之前.不同结构参数轴向扇形喷嘴产生的扇形磨料水射流,其磨料颗粒速度云图分叉点位置不同.结论 综合考虑磨料颗粒速度大小、作用范围、分叉位置等因素的影响,优选出拟用于产生扇形磨料水射流去除3PE防腐层的轴向扇形喷嘴结构参数:α2/r=1、α=15°、b=0.6 mm、d=2.13 mm.最佳靶距在17.37～37.37 mm.     

颗粒增强钛基复合材料车削试验研究

为研究切削参数对颗粒增强钛基复合材料已加工表面粗糙度的影响规律,通过对切削力和切削温度开展试验研究,探究钛基复合材料的切削加工性。结果表明:在车削钛基复合材料时,随切削速度提高,切削力先增大后减小;切削温度随切削速度的升高而升高,且在较高速度范围内温度升高放缓;切削力随着颗粒含量的升高明显增大,但切削温度有所降低;切削参数在v=80～100 m/min,a_p=0.30～0.60 mm,f=0.06～0.10 mm/r范围内,已加工表面粗糙度R_a可在0.5 μm以下。      

超声辅助磨料水射流加工机制及去除模型研究

为了增强磨料水射流的加工效果,设计了超声辅助微细磨料水射流加工系统。通过喷嘴内变幅杆的超声振动,将声能与射流压力能叠加,增强磨料水射流的脉动行为,形成脉冲射流。通过数值计算的方法研究了流场轴线上的声压分布及磨粒在流场中的运动特性,探究了脉冲射流的加工机制及硬脆材料去除机制。通过切槽实验分析了系统压力、振幅及靶距对冲蚀深度的影响规律,实验结果证明,施加超声振动可有效降低系统压力,最佳靶距为8～10 mm。基于实验结果,利用MATLAB建立了硬脆材料的去除深度预测模型。     

磨料水射流切割工程陶瓷的机理及实验分析

通过对磨料水射流切割机理及形貌分析,从理论上探讨了磨料水射流形成的液固两相射流是具有一定冲蚀动能的冷态单点动能能源,可对工程陶瓷材料进行冲蚀切割,并发现磨料水射流冲蚀材料的破坏主要是由气蚀破坏、磨料水射流的冲击作用,磨料水的动压作用以及引起的疲劳破坏和水楔作用所致.利用高压磨料水射流切割设备对工程陶瓷进行切割实验,分别对三氧化二铝、碳化硼、碳化硅等工程陶瓷材料进行切割,分析了压力、喷嘴横移速度、靶距等切割参数对其切深的影响.结果表明:磨料经冲蚀工程陶瓷以后,如石榴石磨料经冲蚀作用之后,可重复利用价值很小.     

原位反应VCp/Fe复合材料在冲击磨料磨损条件下耐磨性的研究

研究了原位反应VCP／Fe复合材料在冲击磨料条件下的耐磨性与VC增强颗粒体积分数、分布密度的关系．并利用SEM和光镜观察分析了复合材料的组织及磨损形貌。结果表明，随着VC颗粒在复合材料中的体积分数及分布密度的增大．复合材料的耐磨性提高。在冲击磨料条件下，VCP／Fe复合材料磨损主要是受显微犁削与显微切削的作用。     

钛合金螺旋铣孔切削工艺的正交优化与试验分析

目的稳健设计螺旋铣孔对难加工材料钛合金加工件的切削参数(切削深度、每齿进给量和主轴旋转速度)。方法用正交优化法制定一套试验方案并实施,使用粗糙度量仪、三坐标、显微镜等对钛合金孔表面粗糙度(Ra)、孔径精度和出口端毛刺高度进行测量和分析;在此基础上,利用试验数据分析影响因素水平极差和贡献率,优选出一组切削参数组合(主轴旋转速度2000 r/min、每齿进给量为0.07 mm和切削深度0.25 mm/r),以此为基准,对待加工钛合金工件表面粗糙度进行预测;为进一步验证预测值满足孔表面质量标准,然后对钛合金加工件试验分析。结果结果表明,孔表面粗糙度介于0.55~0.75μm,孔径精度介于H7~H9,很好地达到了航天或汽车工业对钻孔粗糙度的技术要求。结论由此可见,使用该方法,不仅可获得稳健设计切削参数,还可改善钛合金螺旋铣孔切削工艺。     

磨料水射流切割YW1硬质合金深度预测模型

研究旨在为硬质合金的加工提供一种新方法,试验通过高压磨料水射流切割YW1硬质合金,以单因素试验分析了射流压力p、切割速度v、靶距L以及磨料流量Q对光滑区切割深度的影响,并分析了切割断面质量。结果表明:单因素试验中,最大切割深度的参数分别为:压力280 MPa,切割速度1 mm/min,靶距6 mm,磨料流量499 g/min;切割断面分为3层:光滑区、波纹区和破碎区。结合单因素和正交实验数据,以BP神经网络理论为基础,利用MATLAB建立了光滑区切割深度预测模型,经验证所建立的模型绝对误差为0.004 2~0.553 8 mm,相对误差平均值为11.5%。     

汽车CFRP结构件涂层去除机理研究

目的 实现汽车碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)结构件表面有机涂层的高效无损去除。方法 选择可回收密胺类塑料制备磨料，提出了用气射流携带并高速喷射加工的新方法。通过单因素控制试验和数值模拟相结合的方法，在0.3 MPa射流压力下用500μm的磨料对涂装聚氨酯涂层的CFRP试样进行冲蚀，借助SEM和超景深三维显微镜观察冲蚀形貌。为了阐明涂层的去除机理，建立了基于能量守恒定律的微切削和重复变形模型，分析了塑性磨料的颗粒速度和撞击工件的接触应力，定量分析了磨料在0.3MPa射流压力下的涂层去除量。研究了磨料形状、旋转和回弹对冲蚀机理的影响。结果 当冲蚀角为30°时，涂层的材料去除量最大，去除率为5.8×10⁴ g/s，表现为延性冲蚀行为。此时的冲蚀机理为微耕犁和微切削，随着冲蚀角的增大，材料去除量降低。当冲蚀角为90°时，去除率为1.2×10⁴ g/s，冲蚀机理为重复塑性变形去除。尖角磨料以集中应力冲击涂层，磨损后的磨料(可循环15次)以分布应力冲击涂层。与正向旋转相比，磨料自身的反向旋转对涂层的去除量更大，大粒径磨料的回弹导致了不完整的切削路径...     

钨合金超声椭圆振动切削表面完整性研究

目的 研究钨合金超声椭圆振动切削表面完整性的变化规律,为实现钨合金高表面完整性加工提供理论基础.方法 设计单因素试验,采用单晶金刚石刀具开展钨合金超声椭圆振动切削试验,并与普通切削进行对比,研究不同切削深度下超声椭圆振动对工件表面形貌、表面粗糙度、微观组织、位错密度、显微硬度以及表面残余应力的影响.结果 普通切削或超声椭圆振动切削后,工件表面的位错密度、显微硬度以及残余应力均随着切削深度的增加而增大,且亚表面的晶粒都发生了一定程度的塑性变形,并出现了晶粒细化.与普通切削相比,超声椭圆振动切削可以有效抑制加工过程中鳞刺和犁沟的产生,改善表面粗糙度;工件表面会产生更高的硬化程度、残余压应力和位错密度,位错密度的量级在108 mm–2;亚表面的变质层厚度更小.结论 相比于普通切削,超声椭圆振动切削可以降低表面粗糙度,增大表面残余压应力,提高工件表面完整性.