磨料漿體射流技術(shù)及其機(jī)理研究.pdf

1、隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的高性能材料被研制出來(lái)，其中許多材料具有特殊的結(jié)構(gòu)特性，如果采用傳統(tǒng)的加工方法進(jìn)行切割，很難保證切割質(zhì)量，特別是對(duì)材料進(jìn)行復(fù)雜的異形切割時(shí)，很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而磨料射流切割因具有冷態(tài)、點(diǎn)割、通用性強(qiáng)、切割質(zhì)量好和環(huán)保無(wú)污染等特點(diǎn)，在切割領(lǐng)域占有越來(lái)越重要的位置。 然而，目前常用的磨料射流技術(shù)還存在一些不足或者說(shuō)不適宜在我國(guó)廣泛應(yīng)用的地方，如：后混合磨料水射流系統(tǒng)采用超高壓(壓力≥200Mpa)使得

2、噴嘴的耐磨性、系統(tǒng)超高壓密封問(wèn)題等成為在我國(guó)應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，影響了系統(tǒng)使用過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性；前混合磨料水射流系統(tǒng)因噴嘴直徑大，使切口寬度增大，切割面較粗糙，且磨料在管道內(nèi)易發(fā)生沉積、堵塞，且系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)供料和工作。本文的磨料漿體射流就是在上述技術(shù)背景下提出并展開(kāi)研究的，該課題的研究主要從工藝技術(shù)上降低了系統(tǒng)壓力，實(shí)現(xiàn)了漿料與高壓傳遞介質(zhì)的雙獨(dú)立循環(huán)使用，提出了新的磨料漿體配制工藝和方法，改善了工藝結(jié)構(gòu)，降低了加工成本。在理論上

3、探索并掌握了磨料漿體的流變特性、流場(chǎng)特性、進(jìn)行了噴嘴處流場(chǎng)數(shù)值模擬及磨料漿體射流切割性能的研究。 論文首先由系統(tǒng)高壓傳遞的關(guān)鍵設(shè)備——高壓料罐的結(jié)構(gòu)入手進(jìn)行設(shè)計(jì)，改變了國(guó)外高壓缸體的傳輸機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了漿料與高壓傳遞介質(zhì)的完全隔離，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了本文磨料漿體射流系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及工藝流程，實(shí)現(xiàn)了漿料與高壓傳遞介質(zhì)的雙獨(dú)立循環(huán)使用與系統(tǒng)的連續(xù)工作過(guò)程。 對(duì)漿料配制中添加劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究，分析出磨料漿體的主要工藝特性為良好的

4、分散、懸浮性，較好的觸變性和潤(rùn)滑性等。利用流變學(xué)的原理與測(cè)量方法，依據(jù)最小二乘法理論，優(yōu)選出磨料漿體的流變模型為冪律模型，確立了其本構(gòu)方程的形式。 由連續(xù)介質(zhì)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，建立了磨料漿體射流流場(chǎng)的控制方程，在求解區(qū)域內(nèi)采用交錯(cuò)網(wǎng)格的布置方式，使用有限體積法，將磨料漿體射流流場(chǎng)的控制方程進(jìn)行離散，得到其離散方程，為后續(xù)進(jìn)行噴嘴處數(shù)值計(jì)算和數(shù)值模擬提供了基礎(chǔ)。 在交錯(cuò)網(wǎng)格系統(tǒng)中，針對(duì)磨料漿體射流噴嘴處的特征，進(jìn)行了邊界條件的

5、設(shè)置與離散方程源項(xiàng)的構(gòu)造。選用流場(chǎng)計(jì)算的SIMPLE算法求得正確的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)，并使用TDMA方法作為迭代步驟，進(jìn)行了磨料漿體射流流場(chǎng)控制方程組的求解，通過(guò)相應(yīng)的流體力學(xué)軟件，對(duì)噴嘴處流場(chǎng)進(jìn)行了速度分布的數(shù)值模擬，模擬結(jié)果顯示，配制漿料時(shí)添加劑的重量配比對(duì)噴嘴處的速度分布影響比較大。 最后，對(duì)磨料漿體射流最主要的切割性能之一的切割能力進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)其切割典型材料展開(kāi)了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：切割不同類(lèi)型材料時(shí)，影響切割能力主要