水射流切割喷嘴结构参数数值模拟优化

应用FLUENT模拟软件对影响喷嘴射流切割特性的喷嘴圆锥段收缩角、圆柱段出口直径及长径比进行了数值模拟研究。结果表明：出口直径为2 mm、长径比为2、收缩角为10°的喷嘴轴向速度和射流冲击能量最大,切割能力最好;射流轴向速度在喷嘴圆锥收缩段急剧增加,在圆柱段先增加后减小;射流冲击切割能量的最大值不是分布在冲击面上喷嘴对应的轴心处,而是在其半径方向的某一圆周上。     

磨料水射流喷嘴收缩段锥角对磨料粒子混合程度的影响

介绍了磨料水射流的起源、用途、特点及抛光原理,针对混合腔内磨料粒子与高压水束混合不均匀而影响抛光表面质量及磨料砂管使用寿命的缺陷,通过对磨料水射流切割喷嘴结构的研究,建立了对称双管供料喷嘴几何模型,并运用CFD软件对喷嘴内部流场进行仿真研究,分析了喷嘴收缩段锥角对磨料粒子和高压水束混合均匀程度的影响。研究结果表明:选择30°和45°的收缩段锥角有利于延长砂管使用寿命及提高磨料粒子与水射流的均匀混合,从而在抛光加工中提高工件表面质量。     

基于后混合式磨料水射流磨料颗粒运动研究

为了改善后混合式磨料水射流的切割性能,以固液两相流理论为基础,通过FLUENT模块对喷嘴内磨料的运动进行建模和数值分析。以聚焦管内的单个颗粒为研究对象,优化传统的颗粒相控制模型,获得磨料颗粒在喷嘴内基本的运动情况。研究表明,磨料颗粒吸入混合腔后通过各相之间的碰撞进入高压射流,形成液固两相流。两相流形成初期,磨料颗粒的速度在高压水射流的携带作用下迅速上升。由于混合腔内部结构突变等原因,颗粒相速度浮动较大且处于非稳态。当颗粒通过收敛段进入聚焦管后,颗粒相速度以指数形式逼近射流相速度并逐渐稳定。但由于存在沿程能量损失等因素,颗粒相速度与射流相速度始终存在滑移,最终颗粒相速度仍略小射流相速度。     

磨料水射流喷嘴结构参数对流场性能影响的仿真与研究

建立后混合磨料水射流喷嘴可视化模型,利用FLUENT软件对喷嘴内固液两相流场进行仿真,分析管嘴内流场的速度以及管嘴结构对它的影响。为了达到理想的速度,混合腔长度应选择高压水喷嘴直径的40倍左右;聚焦管长度在60~70 mm之间最优;综合考虑速度及磨损,锥形角角度应选择在30°~45°之间。     

纯高压水射流除锈喷嘴的数值模拟及优化试验研究

利用FLUENT对3种目前常用于工业管道内壁高压水射流除锈的锥形、圆柱形和锥直形喷嘴的水射流流场进行数值模拟分析,然后对射流流场特性最好的喷嘴型式采用正交试验得出其最佳结构尺寸。结果表明:锥直型喷嘴的水射流流场特性最好,流体速度在喷嘴收缩段迅速增加,在水平过渡段出现等速流核区,在半径方向上的径向速度无明显波动,更利于除锈;喷嘴锥直形长度L为17 mm,水平过渡段长度l为6 mm,喷嘴直径d为1 mm,收缩角α为16°除锈效果最优。     

磨料粒径及形状对磨料水射流切割钛合金表面微观形貌的影响

采用不同粒径与形状的磨料颗粒,在磨料水射流切割平台上切割钛合金,用超景深显微镜等设备分析,以研究不同的磨料粒径及形状对钛合金表面微观形貌的影响。研究表明:磨料粒径越大,钛合金表面所形成的划痕越长,80目磨料颗粒形成的微划痕长度约为160目磨料的5倍。且球形磨料颗粒所形成的划痕末端堆积较少,其表面线粗糙度低于9.5 μm;具有棱边的磨料颗粒所形成的划痕有唇状或鳞片状金属堆积,其表面线粗糙度在9.5～13.0 μm间;柱体形的磨料颗粒冲击形成的划痕带有尖锐的棱角,其表面粗糙度大于13.0 μm。      

多物理场作用下磁场辅助微细磨料水射流流场数值模拟

为了解决磨料水射流加工过程中射流分散以及磨料分布随机的问题,采用在聚焦管处加入辅助磁场的方法。利用COMSOL Multiphysics软件数值模拟磁场辅助磨料水射流喷嘴内外在多物理场作用下流场分布规律,采用湍流、粒子追踪、磁场三模块分析磁性磨料在磁场、重力场、流场等多物理场作用下的运动状况,仿真结果表明:施加辅助磁场后,射流的发散性减弱,准直性增强,在磁场、重力场和流场的耦合作用下,微细磨料被约束在射流轴线附近,实现了磨料的聚集效应。模拟结果表明,辅助磁场有助于提高磨料水射流加工效率和加工表面质量。     

前混合磨料水射流切割参数对表面粗糙度的影响

采用前混合磨料水射流对Q235碳素结构钢进行切割实验,测量样品切口表面粗糙度;研究前混合磨料水射流的切割压力、喷嘴出口直径、切割靶距、切割速度和切割深度对样品切口表面粗糙度的影响规律;结合实验数据,建立表面粗糙度二次非线性回归预测方程。研究结果表明：前混合磨料水射流的切割压力、喷嘴出口直径与表面粗糙度呈负相关关系;切割靶距、切割速度、切割深度与表面粗糙度呈正相关关系;各因素的影响权重大小依次为：喷嘴出口直径、切割深度、切割压力、切割速度、切割靶距;影响表面粗糙度的实质因素为磨料流量和磨料能量;建立的表面粗糙度二次非线性回归预测方程的平均偏差为7.99%。     

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。     

磨料水射流等现代切割技术的研究与分析

首次根据大量实验研究结果，对磨料水射流切割与激光、等离子切割进行了综合研究分析。阐明了磨料水射流对板材切割的适应性、合理性和经济性。文章对磨料水射流切割技术的发展及其推广应用，具有实用价值和指导意义。     

高压磨料射流中流体因素的影响研究

依据固液两相流理论,应用FLUENT流体分析软件对高压磨料射流喷嘴内外流场进行数值模拟和仿真,通过改变流体的黏度、流量、密度等,讨论了各参数对出口处的切削力和速度分布的影响。结果表明：增加流体的密度对射流速度和切削力的提高效果明显;而增加其黏度作用正好相反,由于流动阻力加大,使射流的出口速度快速衰减,出口界面切削力下降;工作介质流量的改变对入口速度和射流效果也有较大的影响;在工作环境和设备允许的情况下,可以适当提高进口流量。     

磨料水射流抛光技术及其发展

磨料水射流抛光技术是应用于表面抛光加工的新技术.利用含有细小磨料粒子的抛光液在高压作用下,与工件表面发生冲击、冲蚀而微去除材料,以达到抛光目的.论述了磨料水射流抛光技术的基本原理和特点,以及影响抛光效果的主要工艺参数,并对其发展趋势进行了展望.     

一种磨料水射流试验工作台的研制

介绍了磨料水射流试验工作台的系统组成及其工作原理，通过分析磨料水射流加工的工作机理给出了喷射系统的结构及部分参数。试验表明，通过调整工艺参数，本磨料水射流试验工作台可对材料进行表面抛光、去毛刺、清洗、剥层、切割等加工和实验。     

磨料水射流切割面粗糙度研究

对在磨料水射流切割过程中进给速度和磨料流量两点进行了讨论。磨料颗粒采用直径为80目的石榴石。测量了切割不同深度的粗糙度。实验结果表明:对切割表面影响最大的是切割速度。同时也研究了切割面粗糙度和磨料水射流其他参数之间的关系。     

基于量纲分析法的一种磨料水射流打孔模型

水射流的加工过程中非常复杂,涉及到许多参数,对其模型的描述也较为困难。运用量纲分析法,选取对加工过程中影响较大的参数,忽略影响很小的因素,建立了水射流打孔过程的新数学模型,并通过试验验证该模型的误差仅为3%～10%。     

后混合磨料水射流切割系统的研究

后混合磨料水射流是极具发展前景的一种冷态加工工艺。对后混合磨料射流切割机的工作原理及主体组成进行了分析，并针对IE-B型超高压水射流切割机所存在的不足进行了改进。结果表明：改进后的磨料水射流切割机解决了原有设备密封性能差、可靠性低、维护成本高等多方面的问题。     

基于混合策略的磨料水射流切割工艺参数的优化

提出了一种模糊逻辑理论与遗传算法相结合的混合方法,该方法可以优化在给定材料厚度的条件下,磨料水射流切割各种材料的工艺参数。本文以理论为基础,应用实验数据建立了模糊控制模型。这个特殊的模糊控制模型可以预测在任何给定一组加工参数时,可获得的切割深度。遗传算法结合模糊模型可以自动确定磨料水射流切割各种材料时的最佳参数组合。通过对磨料水射流切割黑色花岗岩这一实例的研究,验证了该混合方法是有效的。