磨料水射流加工去除模型研究

采用ANSYS Fluent对磨粒流场进行瞬态CFD仿真,得到射流过程中磨粒的分布和速度;并研究射流加工区磨粒运动机制,研究表明,新型后混合式磨料水射流加工中磨粒很容易穿过射流加工的静压区直接与工件发生作用进而去除材料。建立磨粒冲击塑性材料的冲击变形磨损模型,并结合Finnie塑性剪切磨损去除模型建立磨料水射流加工去除模型,模型表明,射流加工中心区域的材料去除量最高。根据新型后混合式磨料水射流系统进行塑性材料的磨料水射流加工试验,结果表明,射流加工中心区域材料去除最高,这是由于射流加工中心区域磨粒冲击角度较大、磨粒速度较高,材料以冲击变形磨损去除为主;远离射流冲击中心区域材料去除较低,材料以剪切磨损去除为主,与磨料水射流加工去除模型是完全一致的,证实磨料水射流加工去除模型的正确性。     

冲击角度对射流抛光中材料去除的影响

射流抛光技术能够获得原子级粗糙度和无损伤表面,已成为最具发展潜力的超光滑表面加工技术之一,而冲击角度是影响抛光效果的一个重要参数。利用自主研制的射流抛光实验机,通过定点冲击实验,研究不同冲击角度下的被加工表面材料去除形貌及去除量。实验结果表明,随着冲击角度的减小,材料去除形状愈发不对称,材料去除率逐渐降低,而最大去除深度出现非单调变化。结合冲击射流流场分布和颗粒碰撞角度的变化,分析冲击角度对材料去除特性的影响机制,发现射流冲击角度对材料去除的影响主要归因于射流中颗粒碰撞角度及颗粒碰撞次数的变化;颗粒碰撞角度越大,碰撞次数越多,则材料去除量越大;两者的综合作用影响着材料去除量及材料去除分布。     

磨料电化学射流加工的材料去除模型研究

磨料电化学射流加工是由磨料水射流加工与电化学射流加工复合而成,因此磨料电化学射流材料去除模型是综合了磨料水射流加工去除模型和电化学射流去除模型得到的。而磨料水射流加工模型包括冲击磨损去除模型和剪切磨损去除模型,电化学射流加工去除模型是根据电解加工工件的阳极溶解规律建立的。首先分析了单颗磨粒的冲击磨损和剪切磨损去除模型,得到多颗粒磨料水射流加工的去除模型,然后根据法拉第定律得到电化学射流加工去除模型,最后合成得到复合加工的去除模型。     

磨料水射流抛光45钢工艺参数优化

对磨料水射流抛光45钢进行了研究,分析了材料的去除机理,在已有材料去除模型基础上,设计了正交实验,对不同参数组合下磨料水射流加工45钢的表面粗糙度、材料去除率进行了MATLAB数据分析,同时从材料去除机理方面对磨料粒度、射流压力、横向进给速度、靶距、喷嘴冲蚀角度等加工参数对于抛光表面质量和材料去除率的影响程度和影响趋势进行了分析。最终结合加工面表面粗糙度和材料去除率,选出45钢抛光加工最优加工参数组合。     

液体喷射抛光技术材料去除机理的有限元分析

实验研究了液体喷射抛光技术的材料去除量分布特征,并利用有限元分析方法,分析了抛光头(液体柱)与工件表面相互作用时流场的分布特点。实验结果及计算机模拟的结果表明,材料去除量与射流碰撞工件后流体沿工件表面的速度有关,即材料去除量的分布与抛光液在工件表面速度场的分布有关,速度分布最大的边缘部分,材料去除量最大;相互作用区外,速度逐渐减小,材料去除量也随之渐少。该现象说明,抛光液中磨料粒子的径向流动对工件产生的径向剪切应力是材料去除的关键。     

磨料水射流切割铝合金质量模型研究

通过理论研究,分析了磨料水射流去除材料机理及其影响因素。采用正交设计法,进行铝合金切割试验。以切割断面的表面粗糙度值为研究对象,对测得的试验数据进行极差分析。分析结果显示,射流压力、切割速度和磨料流量对切口表面粗糙度的影响较大;靶距和磨料粒子的尺寸对切口表面粗糙度的影响次之。用回归分析方法,建立了磨料水射流切割铝合金材料的表面粗糙度模型。通过试验验证,模型的误差在1.98%~5.14%之间。     

磨料水射流抛光技术进展综述

磨料水射流抛光技术具有加工材料范围广、无热加工影响、能满足非线性与复杂曲面零件需要的高形状精度和高表面粗糙度要求等优势,在精密加工领域具有良好的研究价值和应用前景。首先对加工质量高敏感的工艺参数,如射流动能、喷嘴结构、磨料类型、加工路径等研究进行综述,总结了不同材料加工的工艺参数,分析了不同形状的去除函数加工的适用性;然后对磨料水射流与其他技术结合而衍生出的一系列新技术进行了总结,比较各种新技术的特点;最后对磨料水射流加工及其材料去除函数模型研究的发展趋势进行预测。     

磨料流微去除力学分析与可控因素影响

研究了磨料流抛光中磨粒微去除力学建模方法以及可控因素影响抛光效果的问题。以力为纽带,提出磨粒去除工件表面微凸材料的动力来源于三个方面--介质作用力、磨粒挤压载荷和磨粒冲击载荷。利用建立的力学模型,分析了磨料流加工的内在因素,其中可控因素包括：加工温度、加工压力、活塞的移动速度、磨料黏度、磨粒物理性质（如尺寸、硬度）等;研究了各可控影响因素与工件表面抛光质量及效率的关系;量化了可控因素的大小对磨粒作用在工件表面的力的影响程度;将磨粒作用在工件表面的力合成并分解为与活塞运动方向相同的轴向力和垂直于工件壁面的切向力,指出微去除效果随轴向力与径向力的比值改变而发生变化,设计出简易的测量轴向力和径向力的方案。用试验验证了所建模型和可控因素对抛光效果影响,以及工件表面的加工纹理方向直接影响工件表面粗糙度的减小率和材料去除率的正确性。     

基于硬脆材料的磨料水射流抛光技术研究

非金属硬脆材料通常具有高硬度、高脆性、高耐磨性、高抗氧化性以及高抗蚀性等优良性能,在航天、机械及医疗等领域有着广泛的应用。由于其高硬度和高脆性等固有属性,在机械加工过程中很容易有细小裂痕产生,降低了综合性能和寿命。该文在研究了磨料水射流加工原理及抛光技术的基础上,从磨料水射流单次抛光去除体积入手,建立了磨料水射流单次抛光最大去除深度模型,并通过实验进行了验证,验证结果表明,该模型具有很高的可靠性。     

磨料水射流切割机制研究进展

从单个磨料颗粒造成的冲蚀入手,综述了磨料水射流切割机制的研究进展,介绍了磨料射流切割过程中的微观切割模型、微观机制的扫描电镜分析结果,被切割材料的内部应力分析,水射流的水楔效应和跃迁速度以及材料切割的宏观分析结果.提出今后对磨料水射流切割机制的研究应从数值模拟研究、专家系统和模糊理论的应用、空化切割机制以及液相-颗粒薄层的阻尼效应等方面入手.     

用于模具自由曲面的新型气囊抛光中磨粒场的分析

为提高模具自由曲面抛光的效率和品质,提出一种基于柔性抛光理念的新型气囊抛光技术。研究了气囊抛光接触区内磨粒的运动轨迹、压力分布和抛光力的分布情况,建立了气囊抛光接触区内磨粒的运动模型、压力模型,揭示了气囊抛光接触区内磨粒直径对抛光力和被加工工件内部剪切应力的影响规律,研究了抛光过程中工件内部的剪切应力分布,明确了材料疲劳去除机理。为气囊抛光的应用奠定了理论基础。     

磁场作用下磁性抛光液体的抛光特性及实验研究

介绍了一种基于旋转磁性抛光液体的抛光技术。磁性抛光液体在磁力搅拌器的作用下产生旋转运动,利用外加强磁场作用增大磁性液体的粘度和剪切屈服应力,当加工工件放入磁性抛光液体中,磁性抛光液体与之相接触的工件表面发生磨削,从而达到对工件表面的光整加工。实验详细研究了磁性抛光液体抛光后工件的抛光区内表面粗糙度与抛光时间和位置之间的关系,实验结果表明:旋转磁性抛光液体抛光可以用于对工件进行超光滑加工,抛光时间越长,各处粗糙程度越接近,表面粗糙度越好,并且表面粗糙度比单独用研磨抛光膏的效果好。     

An access detection and machine cycle tracking system for machine safety

Abrasive water jet (AWJ) machining is characterized by its versatility, i.e., it can be applied to a wide variety of materials. Currently, one important application is for manufacturing gem artifacts, especially agate, which is the largest gemological material produced in the state of Rio Grande do Sul. However, one of the main obstacles to its popularization is the cost associated with the process, due to the high abrasive consumption required for a good quality surface finish. In this sense, this research paper presents a study of the influence of the main process parameters (traverse speed and abrasive mass flow rate) on the surface finish of agates machined by AWJ. The experimental procedure used three different traverse speeds, four abrasive mass flow rate in two different thicknesses of agate’s plates. Surface roughness and angle of striation marks were observed for different depths from the jet entrance surface. Results were analyzed using analysis of variance (ANOVA). Through the study, it was found that the machined surface finish varies according to the depth from the entrance surface of the abrasive jet. Also, it was concluded that the surface finish of the machined surface by AWJ (surface roughness and striation marks) of the agate’s plates machined by AWJ exhibits similar results for both thicknesses tested. ANOVA showed that the traverse speed is more significant than abrasive mass flow rate for the material studied with respect to the surface finish. Thus, for a small material thickness, it is possible to use high traverse speed and low abrasive mass flow rate which makes the process more economical.     

高压水磨料射流切割机制的实验研究

根据工业性切割的需要，对磨料水射流（ＡＷＪ）切割机制进行实验研究。通过射流与材料之间的相互作用过程，建立和验证了ＡＷＪ切割过程模型，ＡＷＪ切割过程主要是通过磨粒对材料的周期性切割磨削和变形磨削完成；验证分析了典型材料的切割特征（切割深度、切口宽度、冲蚀量）与切割变量（水压、靶距、切速等）的关系，以及磨料、材质两大因素的影响。实验研究结果对ＡＷＪ切割技术的开发与应用具有指导意义和实用价值。     

磨料水射流的切割机制

研究了100MPa～400MPa高水压下磨料水射流（AWJ）的切割机制。根据射流与材料之间的相互作用过程,建立和验证了AWJ切割过程模型。揭示了典型材料的切割特征（切割深度、切口宽度和冲蚀量）与切割变量（水压、靶距和切割速度等）的相关规律,以及磨料、材质两大因素的影响。获得了结果对AWJ切割技术的开发和应用具有指导意义和实用价值。     

微通道反应器沟槽底面的磨料水射流抛光研究

针对燃料电池微通道反应器的沟槽底面抛光技术难题,开展磨料水射流沟槽抛光仿真与试验研究.采用FLUENT软件,对不同工艺参数下沟槽底部剪切力分布进行了数值模拟;根据仿真结果进行316L不锈钢材料的单沟槽抛光工艺试验,检测分析不同抛光参数下单沟槽底面形貌、材料去除率以及表面粗糙度的变化规律;根据单沟槽底面几何精度和表面粗糙...     

磨料水射流切割断面质量的研究

磨料水射流(AWJ)在难加工材料切割中得到广泛应用，但由于切割断面存在斜条纹限制了AWJ的应用。研究了射流压力和切割速度对塑性和脆性材料切割断面质量的影响规律，通过对AWJ切割机理和切割过程的分析，探讨了AWJ切割断面的形貌特征及其形成机理，认为是射流断面磨料动能的分布不均和射流的偏转滞后造成了AWJ切割断面斜条纹和曲线及尖角处的尖端，可以通过喷头摆动进给和切割速度补偿两种控制设计方案来实现AWJ的高效切割。     

Parametric Effects on Particle Deposition in Abrasive Waterjet Surface Treatments

The abrasive waterjet (AWJ) has primarily been used for net-shape sectioning of engineering materials. In this study an AWJ was adopted for the surface treatment of commercially pure titanium (cpTi) and the contribution of treatment parameters to material removal and the deposition of particles within the substrate were examined. The surface texture and material removal rate were analyzed using conventional techniques whereas the quantity of abrasive particles embedded within the cpTi surfaces was determined using energy dispersive X-ray analysis (EDXA). Parametric effects related to particle hardness were distinguished from a comparison of surfaces treated with Aluminum oxide, garnet, and crushed glass abrasives. According to an analysis of variance (ANOVA), treatment responses were found to be primarily dependent on the abrasive size, abrasive hardness, angle of incidence, and jet pressure. The minimum and maximum concentration of particles embedded in the AWJ treated cpTi (in percent surface area covered) was 2.5 and 21.6%, respectively. Particle concentration and mean particle size in the cpTi increased with abrasive size, angle of incidence and jet pressure; the particle concentration reached saturation at an angle of incidence near 80°. Although abrasive hardness was important to the treatment responses, an increase in hardness beyond 800 on the Rosiwal scale resulted in minimal changes in material removal or other features of the process.     

固液两相磨粒流研抛工艺优化及质量影响

为研究磨粒流对异形腔孔内壁表面以及微小孔的研抛去毛刺等的作用效果,探讨了研抛过程中磨粒流各工艺参数与加工质量间的作用关系。以共轨管这种非直线管为研究对象,对磨粒流抛光共轨管过程进行数值模拟研究,探索各工艺参数对磨粒流研抛的影响。数值模拟结果表明:控制碳化硅体积分数可以改变磨粒流研抛过程中的粘温特性,从而可以控制磨粒流的研抛质量。然后采用正交方法设计实验方案,实验过程中,采集抛光过程中温度和粘度的变化数据,分析磨粒流研抛中粘温特性对磨粒流研抛质量的影响。试验与数值模拟结果表明,在磨粒流研抛共轨管过程中SiC的体积分数比出口压力的极差秩大,磨粒流研抛确实可有效改善工件表面质量。而且本文还进一步得出在本试验条件下,磨粒流研抛共轨管的最佳工艺参数:出口压力为5 MPa,SiC体积分数为0.25%,SiC目数为80,同时获得了表面粗糙度与体积分数的回归方程,可用于指导磨粒流实际研抛生产工作。     

Study and evaluation of abrasive water jet cutting performance on AA5083-H32 aluminum alloy by varying the jet impingement angles with different abrasive mesh sizes

This article describes the experimental investigation of abrasive water jet (AWJ) cutting on AA5083-H32 aluminum alloy. In this study, the influence of varying the jet impingement angles and abrasive mesh sizes with different water jet pressures, on the output parameters for the AWJ cutting of the aluminum alloy, was analyzed. The experimental results found that the output parameters, namely, the depth of penetration, top kerf width, kerf taper ratio, surface roughness, and abrasive contaminations, were strongly influenced by the combined effect of oblique jet impingement angles and abrasive mesh sizes on AWJ. Also, it is noticed that oblique jet impingement angles have more influence on the output cutting responses than the normal jet impingement angle, and consequently, each abrasive mesh size has an influence on the different output responses for the AWJ cutting of AA5083-H32. Scanning electron microscope and microhardness tester were used to examine the different cutting regions of the kerf wall surfaces. The Energy-dispersive X-ray spectroscopy analysis was used to confirm the amount of silicon particles embedded in the AWJ cut surfaces. The adequacy checking of the experimental data for the AWJ cutting performance models has been analyzed through the residual plots using the statistical software.