磨料漿體射流技術及其機理研究.pdf

1、隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，越來越多的高性能材料被研制出來，其中許多材料具有特殊的結構特性，如果采用傳統(tǒng)的加工方法進行切割，很難保證切割質(zhì)量，特別是對材料進行復雜的異形切割時，很難達到設計要求。而磨料射流切割因具有冷態(tài)、點割、通用性強、切割質(zhì)量好和環(huán)保無污染等特點，在切割領域占有越來越重要的位置。 然而，目前常用的磨料射流技術還存在一些不足或者說不適宜在我國廣泛應用的地方，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)超高壓密封問題等成為在我國應用的一個瓶頸，影響了系統(tǒng)使用過程中的穩(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背景下提出并展開研究的，該課題的研究主要從工藝技術上降低了系統(tǒng)壓力，實現(xiàn)了漿料與高壓傳遞介質(zhì)的雙獨立循環(huán)使用，提出了新的磨料漿體配制工藝和方法，改善了工藝結構，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、流場特性、進行了噴嘴處流場數(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)高壓傳遞的關鍵設備——高壓料罐的結構入手進行設計，改變了國外高壓缸體的傳輸機制，實現(xiàn)了漿料與高壓傳遞介質(zhì)的完全隔離，在此基礎上設計了本文磨料漿體射流系統(tǒng)的總體結構及工藝流程，實現(xiàn)了漿料與高壓傳遞介質(zhì)的雙獨立循環(huán)使用與系統(tǒng)的連續(xù)工作過程。 對漿料配制中添加劑的結構特點進行研究，分析出磨料漿體的主要工藝特性為良好的

4、分散、懸浮性，較好的觸變性和潤滑性等。利用流變學的原理與測量方法，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，確立了其本構方程的形式。 由連續(xù)介質(zhì)力學觀點出發(fā)，建立了磨料漿體射流流場的控制方程，在求解區(qū)域內(nèi)采用交錯網(wǎng)格的布置方式，使用有限體積法，將磨料漿體射流流場的控制方程進行離散，得到其離散方程，為后續(xù)進行噴嘴處數(shù)值計算和數(shù)值模擬提供了基礎。 在交錯網(wǎng)格系統(tǒng)中，針對磨料漿體射流噴嘴處的特征，進行了邊界條件的

5、設置與離散方程源項的構造。選用流場計算的SIMPLE算法求得正確的速度場和壓力場，并使用TDMA方法作為迭代步驟，進行了磨料漿體射流流場控制方程組的求解，通過相應的流體力學軟件，對噴嘴處流場進行了速度分布的數(shù)值模擬，模擬結果顯示，配制漿料時添加劑的重量配比對噴嘴處的速度分布影響比較大。 最后，對磨料漿體射流最主要的切割性能之一的切割能力進行了試驗設計，對其切割典型材料展開了試驗研究，結果表明：切割不同類型材料時，影響切割能力主要