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。     

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。      

磨料射流加工技术的发展与研究现状

与其他加工技术相比,磨料射流因具有无热损伤、高柔性、材料适用性强等特点,一直是国内外学者研究的热点。近年来,磨料射流被广泛用在微切割、微流道制备、表面抛光等领域,其发展趋势已经由宏观尺度向微观尺度转变,由粗加工向精加工转变。从射流的本质或根源来看,传统技术主要分为(磨料)水射流、浆体射流和磨料气射流。首先对上述各射流技术的发展背景、工作原理进行了综述。此外,还介绍了最近出现的多相射流和高压浆体射流等新技术。面对复杂的应用需求,如何挑选出合适的射流技术是一个难题。鉴于此,对各磨料射流技术的射流速度、工作压力、射流束直径、侵蚀轮廓和加工机理进行了深入分析和比较。最后对各磨料射流技术在微流道制备和表面光整加工等领域的应用情况以及存在的问题进行了论述,并详述了多相射流和浆体射流在表面抛光方面的优缺点。结果表明,磨料气射流拥有低压高速的优点,可以快速地去除材料。磨料气射流的缺点是射流易发散,需要结合掩模制备微流道。目前,掩模磨料气射流能加工宽度低至10 μm的微流道。浆体射流和磨料水射流的射流束直径已经可低至50 μm,能直接在表面刻蚀出大于50 μm的微流道。抛光应用中,浆体射流的材料去除率远低于磨料气射流,但表面粗糙度要好。考虑到两者的优点,多相射流试图在磨料气射流和浆体射流之间建立一个桥梁。同时,与浆体射流的W形侵蚀轮廓相比,多相射流的U形侵蚀轮廓更有利于表面抛光。     

精密零件的微磨料气射流光整加工

近年来,在非传统去毛刺加工方法中,微磨料气射流去毛刺由于初始成本低、生产效率高、灵活性强、无应力、无热影响区,在精密零件的光整加工中获得了广泛的应用。本文详细介绍了微磨料气射流用于光整加工去毛刺的加工原理、材料去除机理、去毛刺的工艺参数以及对棱边尺寸的影响,并列举了一些微磨料气射流在不同应用领域的加工实例。     

磨料射流喷嘴压力场与速度场的研究

为提高磨料射流抛光加工过程中的可靠性和效率,对在磨料射流加工中起到重要作用的喷嘴进行研究具有重要的意义。该文在分析喷嘴射流机理的基础上,针对典型的喷嘴进行仿真研究,得到了喷嘴内部压力场和速度场的分布情况,同时采用有限元对喷嘴结构参数进行数值模拟分析与比较,得出不同结构参数对于流体性能的影响。最后对该仿真方法的可靠性进行了实验验证,并给出了误差率,证明了在该文中所使用的仿真方法具有可靠性,为进一步研究磨料射流喷嘴提供了实用的价值和有效的方法。     

磨料射流表面抛光研究综述

作为精密超精密光学制造工艺过程中的一个重要环节,各种新型表面抛光方法与工艺始终吸引着科研人员不断深入研究与探索。磨料射流抛光方法为小型复杂零件的表面抛光提供了一个新思路,成为精密超精密光学加工技术的重要组成部分。对磨料射流表面抛光过程中衍生的磨料水射流抛光、磁射流抛光、负压吸流抛光、磨料气射流抛光、冰粒水射流抛光、纳米胶体射流抛光的抛光原理、方法及特点进行了综述,分析了各射流表面抛光技术材料去除的最新发展;从加工原理、磨料选择、抛光精度、数学模型等方面对上述新型射流抛光技术进行深入分析与比较,其中磁射流抛光、纳米胶体射流抛光、磨料水射流抛光的抛光精度较高,可以实现表面粗糙度纳米级的超精密抛光,而磨料气射流抛光、冰粒射流抛光从加工成本上来讲则相对较低。最后,对磨料射流表面抛光在去除函数优化、精度效率的提高、应用范围扩展、在线检测、商业化应用等方面的发展趋势进行了预测。     

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。      

前混合磨料射流清砂参数选择的研究

介绍了前混合磨料清砂的冲击力和冲击压强。讨论其清砂参数并比较纯水射效清砂，认为前混合磨料射流清砂优于纯水射流清砂。     

磨料水射流喷嘴结构优化设计

为优化喷嘴结构,提高射流加工能力,文章首先从喷嘴的各主要参数入手,设计出几种不同结构的喷嘴,并建立各自的物理模型,然后分别对各喷嘴结构进行流场分析,找到最佳的喷嘴结构。研究表明:进出口比越大,射流出口速度越大,颗粒相速度也越大;磨料入口角度对磨料颗粒速度也有一定影响。     

微磨料空气射流加工技术的发展

微磨料空气射流加工(MAJM)技术是对硬脆材料进行微细加工的一种非常有潜力的技术，特别是对复杂的三维微细结构的加工。微磨料空气射流加工技术是基于传统的喷砂技术发展起来的，通过由空气喷射磨料微粒形成高速气流冲击工件表面而去除工件材料。与其它的加工技术相比，微磨料空气射流加工具有环境友好、易于控制、无热影响区、切口质量好等优点。本文介绍了此技术的基本加工原理、特点以及加工过程中的影响因素，论述了微磨料空气射流加工的材料冲蚀机理和切口特征。重点分析了一些主要的加工参数，例如空气压力、磨料材料、尺寸、供给率、喷嘴的形状和尺寸、喷射距离以及工件材料，对切削性能和切口特征的影响。并提出了微磨料空气射流加工技术中有待进一步深入开展的研究工作。     

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。     

高压磨料水射流加工中材料去除机理研究

本文根据脆、塑性断裂理论,通过高压纯水射流和磨料水射流对石材冲蚀试验,对冲蚀凹坑成型机理进行了研究。结果表明,高压纯水射流只有不发散的中心射流对材料具有去除作用。高压磨料水射流对材料表面冲击时形成"倒钟"型孔,材料去除机理是在成穴力、剪切应力和水楔的共同作用下,以脆性和塑性断裂方式实现去除。磨料水射流对材料的冲蚀区分为中心射流区、成穴区和喷砂区,材料的主要体积去除量处在成穴区。磨料水射流加工孔的直径和深度随靶距的增加而增加。磨料水射流从射流中心沿径向至射流边缘流速逐渐降低,磨料浓度逐渐增大,但射流能量最高的部位既不在射流中心也不在磨粒集中的射流边缘,而是在成穴区。     

微磨料浆体射流抛光技术

近年来,在非传统抛光方法中,微磨料浆体射流抛光由于初始成本,无热损伤,不改变材料力学和物理性能,抛光特性不受工件抛光位置影响,被认为是当前对具有复杂表面的硬脆性材料制品进行超光滑表面加工的最有潜力方法之一.本文详细介绍了微磨料浆体射流抛光技术的应用及特点、装置设计原理及实例、材料去除机理,重点分析了喷射压力等工艺参数对抛光效果的影响,并提出了微磨料浆体射流抛光中有待进一步深入开展的研究工作.     

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%。     

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。     

基于混粉内冲液的微细电火花深小孔加工

电火花深小孔加工常采用管电极内冲液的方式促进电蚀产物排出,以提高加工速度、深小孔的加工质量和深径比。以自来水为工作液开展实验,首先通过正交试验确定深小孔加工的最优参数;然后在工作液中分别混入不同磨料,对比分析不同磨料对深小孔加工效果的影响。结果发现：添加半导体磨料有利于提高加工效率、减小孔的锥度并降低孔壁表面粗糙度值,而添加绝缘体磨料有利于降低电极损耗;混粉浓度和磨料粒径对加工效率、电极损耗、孔径及孔壁表面粗糙度均有明显影响;射流磨料对工件产生磨蚀效果并在孔壁表面留下刮痕,可减少或去除电火花加工表面的重铸层。     

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。     

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。     

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.