结构陶瓷材料的磨料射流切割研究

结构陶瓷材料的磨料射流切割研究

一、磨料射流切割结构陶瓷材料的研究(论文文献综述)

王晓博,李璐璐,赵波,宋超胜[1](2021)在《陶瓷基复合材料加工技术及其表面亚表面损伤机制研究进展》文中研究说明综述了陶瓷基复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工、多能场复合加工等加工方式的研究进展,并简述了几种加工方式的优缺点。对陶瓷基复合材料的表面及亚表面损伤机制进行了总结和分析,包括材料表面亚表面损伤形式、材料表面亚表面理论及模型研究。提出了传统的陶瓷基复合材料加工技术需要进一步优化刀具材料、开发新的刀具结构、优化工艺参数等,以减少加工缺陷。研究了复合加工中材料去除率最大条件下的损伤容限条件、材料加工后的性能保持性等,同时探究了高效高质量的多能场复合加工新方法及其应用理论,以及研究探索了在复杂载荷及动载荷(如动态切削力、高温切削及超声动态冲击载荷)耦合作用下陶瓷基复合材料的内在损伤机理及演化问题。

陈震[2](2021)在《基于流动聚焦原理辅助磨料水射流加工的研究》文中研究指明随着先进陶瓷材料、复合材料等高性能材料技术快速发展,传统加工方法已难以高效加工这些材料。特种加工技术被广泛应用于高性能材料的生产制造中,磨料水射流加工是特种加工技术的一种,其加工时在加工区域不会产生热量,没有热变形,是唯一一种冷加工技术,具有能够加工金属、非金属、复合材料、陶瓷、橡胶等几乎所有材料、材料去除率高、加工后表面完整性好等优点,引起了国内外学者的广泛关注。但是磨料水射流加工技术也存在着一些不足,如喷嘴磨损快、射流易发散、对密封性要求较高、缺乏专用软件等。本文提出基于流动聚焦原理辅助磨料水射流加工的方法,该加工方法采用流动聚焦原理对磨料水射流加工技术进行辅助,在具有加工不产生热量、刀具不接触工件等优点的基础上,还能减小射流直径、抑制射流发散。本文对该加工方法进行了理论研究、仿真分析、实验验证,并对研究结果进行了总结,对该加工方法进行了展望。在理论方面,本文根据射流的结构分析了射流聚焦原理,探讨了流动聚焦时射流内部单元体因形变而产生的速度型的变化,根据流体力学的相关知识探讨了影响射流速度与加工效果的各加工参数,通过建立射流聚焦时的速度型,得出射流的加工效果主要受射流的液体压力、聚焦气体压力、喷嘴出口处直径和喷嘴出口处和聚焦小孔之间的间距这四个加工参数影响,研究了磨料粒子对工件的作用力,并根据所得结论选择了合适的磨料粒子,建立了射流加工时材料去除函数,根据射流的速度型确定了加工时的靶距。在仿真方面,本文基于Fluent软件求解了不同气液比值下的射流云图与流线图,根据各组实验结果得知气液压力比值在0.5-0.8之间的时候聚焦效果最好,为下一章的实验部分确定了气液压力比值。并设置不同加工参数下的单因素实验,对理论研究时所得的液体压力、聚焦气体压力、喷嘴出口处直径和喷嘴出口处和聚焦小孔之间的间距这四个加工参数对射流速度的影响进行了仿真分析,分析实验结果,得出各加工参数对聚焦后射流速度的影响趋势为:随着液体压强、气体压强、喷嘴出口处和聚焦小孔之间的间距的增加,聚焦后射流速度也逐渐增加,随着喷嘴出口处直径的增加,聚焦后射流速度逐渐减小。在实验方面,为了对理论研究与仿真分析所得结果进行验证,本文根据液压原理,设计并搭建了流动聚焦辅助磨料水射流加工设备,设计并制作了电路系统控制设备工作,并使用加工设备对理论所得的靶距进行了实验验证,并通过实验确定了加工时的驻留时间。通过单因素实验与正交实验的方式研究了液体压强、喷嘴出口处和聚焦小孔之间间距、气体压强、喷嘴出口处直径对聚焦后射流的直径和加工能力的影响趋势与影响强度,并对实验结果进行分析。根据实验结果并结合理论研究与仿真分析可知,各加工参数对聚焦后射流直径的影响强度依次为:喷嘴出口处直径、气体压强、喷嘴出口处和聚焦小孔之间的间距、液体压强。液体压强的增加会减弱聚焦后射流直径但是可以大幅提高射流加工能力;气体压强的增加可以降低射流直径,但是过大的气压会压碎射流部分区域,造成加工能力下降;喷嘴出口处直径的增加会造成聚焦后磨料水射流直径的剧烈增加,还会降低聚焦后磨料水射流的加工能力;若增加喷嘴出口处和聚焦小孔之间间距,则射流聚焦后射流直径会增加,射流的加工能力会降低,但影响较缓。基于流动聚焦原理辅助磨料水射流加工时,选用最优参数应为:靶距8mm,驻留时间选择140s,液体压强为0.3MPa,聚焦气体的压强为0.2MPa,喷嘴出口处直径应为0.6mm,喷嘴出口处和聚焦小孔之间的间距应为2.7mm。在加工时可以根据实际情况选择合适的液体压强与气体压强,而液体压强与气体压强值的比例应保持在0.67左右。

曹丽亭[3](2021)在《磨料水射流切断面温度特征实验研究》文中研究指明高压水射流技术作为一种冷态加工方式,由于在切割加工过程中具有清洁环保无污染、没有热变形、没有热影响区、加工应力小、加工柔性高等优点,使用范围越来越广。由于其低温特性,在处理易燃易爆的危险品,橡胶及天然纤维等热敏感材料方面,发挥着至关重要的作用。本文主要针对高压磨料水射流切割金属时的温度的变化规律进行研究。首先对磨料水射流的加工机理以及加工过程中热量的主要来源进行了分析,可知磨料水射流对靶材的冲蚀破坏主要是由气蚀破坏作用、水射流的冲击作用、水射流的动压力作用、水射流脉冲负荷引起的疲劳破坏作用、水楔作用等引起的。由于靶物材料的差异及切削加工条件的不同,上述冲蚀破坏作用中的某一两项,可以显得特别突出而起主导作用,其它作用处于次要地位。在磨料水射流的切割过程中,热量主要来源于水的动能和内能、磨料的动能以及磨粒与工件之间的撞击摩擦磨削作用,其中磨粒与工件之间的撞击摩擦磨削作用是热量的主要来源。为了探究高压水射流技术的低温特性,获得高压水射流技术的温升规律,采用单因素的方法进行了一系列高压磨料水射流切割实验。在实验过程中保持压力不变,只改变靶距和喷嘴移动速度,并使用接触式和非接触式两种方式进行温度的测量,分别对热传导率相同的塑性6061铝合金和脆性AZ31B镁合金两种材料进行切割实验。实验结果表明:两种测温方法得到的温度变化趋势是一致的。随着靶距的增加,温度逐渐升高;随着喷嘴移动速度的增加,温度也逐渐升高,但是上升的幅度不是很大。

张艺琳[4](2021)在《磨料水射流去除深孔及交叉孔毛刺的加工技术及机理研究》文中提出在机械加工中不可避免的会出现毛刺、飞边等产物,随着零件加工精度要求和洁净生产需求的提高,毛刺去除已经成为影响零件精度和洁净的关键。发动机、液压件内常有作为润滑油传输的深孔和交叉孔,深孔及交叉孔加工中产生的毛刺不仅观察和去除困难,其在油的驱动下进入运动部件内部,加速其磨损。交叉孔相贯毛刺与普通毛刺不同,深孔孔内空间有限且相贯线形状复杂,所以孔内毛刺去除和排出困难,现有方法未能有效、高效清理深孔和交叉孔的毛刺。本文提出了采用磨料水射流对发动机、液压元器件等的深孔、交叉孔毛刺进行去除的方法。分析了冲蚀前后毛刺去除情况,同时结合CFD仿真分析研究毛刺去除机理。通过研究磨料水射流冲蚀工艺,在确保元器件不损伤或少损伤的情况下,有效地去除孔壁和交叉孔相交处的毛刺。利用Fluent进行单向流固耦合仿真,研究了毛刺尺寸参数对毛刺在油道中受力的影响,可知毛刺受力受毛刺高度的影响最大,该研究结果为毛刺去除效果的评价提供参考。磨料水射流为气、固、液混合三相流,采用VOF模型和DPM模型进行了磨料水射流去除深孔及交叉孔毛刺的冲击仿真,并分析了射流轴向和径向速度的变化、轴向和径向静压强和动压强的变化,同时分析了磨粒在流场中的运动轨迹和冲蚀情况。冲蚀结果表明,磨料水射流能够去除深孔及交叉孔毛刺,并且磨粒运动和流场的仿真结果为机理分析提供参考。为方便实验前后观测毛刺,对实验工件进行了特殊设计。提出了两种设计方案,分别为拼接实验件、整体实验件,对比后采用拼接实验件进行冲蚀实验。研究了用作油路的交叉孔在加工过程产生的毛刺类型,分析了其形貌特征、产生的部位、形成机理以及与机体的连接强度等,以便进行毛刺去除机理分析。分别进行了纯水射流冲蚀实验和磨料水射流冲蚀实验。结果表明,纯水射流能有效去除孔壁毛刺,但对交叉孔贯通毛刺去除能力弱,磨料水射流能够有效去除交叉孔贯通毛刺。实验研究了工艺参数对孔壁冲蚀、孔底冲蚀、毛刺残留高度的影响。射流压力、冲蚀时间、磨料流量的增大会加剧孔底和孔壁的冲蚀,靶距增大会造成孔底冲蚀的减小及孔壁冲蚀的增加。射流压力、靶距、冲蚀时间、磨料流量的增大使毛刺残留高度减小,毛刺去除更彻底。建立了磨料水射流冲击交叉孔时的射流结构模型,射流结构分为外部射流和孔内射流,分析了每段射流的特点。根据射流能量分布特点,建立靶距选择模型。分析了入口毛刺、孔壁毛刺、交叉孔相贯毛刺的去除机理,磨粒冲击孔壁时起到微切削作用。水射流的冲击毛刺后对毛刺产生压差阻力,使毛刺产生变形,毛刺在磨粒冲击交变载荷的作用下产生疲劳裂纹,并受水楔作用毛刺脱落。此外,磨粒棱角对毛刺起切削作用从而去除毛刺。采用AHP法建立了磨料水射流去除深孔及交叉孔毛刺质量评价指标体系,并以油路交叉孔加工标准为例,进行了权重分析。采用灰度综合分析法对正交实验结果进行了综合评价,研究了各工艺参数毛刺冲蚀结果关联度和毛刺去除质量的影响,对磨料水射流去除油路深孔及交叉孔毛刺工艺参数选择提供了指导。

王信用[5](2021)在《前混合磨料水射流切割金属材料火花产生机理及抑制方法研究》文中研究表明作为一种冷态切割技术,磨料水射流切割技术被用于煤矿井下切割、废旧炮弹拆除等危险环境,但切割过程中时常有火花出现,火花的出现大大降低了磨料水射流切割的安全性,制约了其应用。针对高危环境下磨料水射流切割金属材料产生火花的现象,本文对磨料水射流切割金属材料产生火花的机理及抑制方法进行了研究,研究内容主要包括两个部分:一是磨料水射流切割金属材料时火花产生机理的研究。首先,基于能量守恒定律和材料的变形能理论,开展磨料颗粒磨蚀金属材料时能量传递与转换过程的研究,并建立磨料水射流冲击下金属表面瞬态最高温度的数学模型;其次,运用非线性动力学和有限元理论,开展多颗磨料颗粒磨蚀金属材料的数值模拟研究,验证磨料水射流冲击下金属表面瞬时最高温度数学模型的正确性;最后,开展磨料水射流切割多种不同种类金属材料的验证实验。二是磨料水射流切割金属材料时火花产生规律及抑制方法的研究。开展磨料水射流切割金属材料火花产生规律的实验研究,并运用线性回归等数学方法建立火花密度等级预测模型,预测切割参数(包括磨料硬度、金属硬度、射流压力、靶距、磨料粒径等)对火花产生影响的规律;此外,从改变磨料水射流自身特性出发,探究火花的抑制方法。实验中将不同种类的添加剂加入磨料水射流,通过分析比较添加不同添加剂的实验结果,找出最佳的添加剂种类。通过上述研究工作,得出以下主要结论:(1)磨料水射流切割金属材料瞬态最高温度数学模型能较好地吻合切割实验中火花产生的现象和规律。该数学模型能够反映磨料水射流冲击下,被冲击金属表面的瞬态最高温度与磨料水射流参数以及被冲击金属材料物性参数的内在关系,同时该数学模型也能够用来预测磨料水射流切割不同种类金属材料时火花产生的临界压力。(2)利用商业软件ANSYS-Auto DYN进行数值模拟,展示了多颗磨料颗粒高速冲击不同金属材料表面的动态过程,以及金属表面的温度分布。数值模拟结果显示的不同金属表面能够产生的瞬态最高温度与数学模型中离散数值分析的结果吻合度较好,误差均维持在5%之内,比较符合预期。(3)磨料水射流切割钛合金的火花密度等级与切割参数(磨料硬度、金属硬度、靶距、射流压力以及磨料粒径)有关,其中射流压力对火花密度等级的影响程度远远大于其余四种因素,减小射流压力是降低火花密度等级的有效方法。建立了磨料水射流切割钛合金火花密度等级的预测模型,该模型可量化切割参数对火花密度等级的影响。(4)添加高聚物后火花密度等级随压力变化趋势不变,但其数值平均增大15.438,即高聚物不利于抑制火花的生成;添加灭火剂后火花密度等级随压力变化趋势不变,添加两种不同的碱金属盐分别使火花密度等级平均降低190.625和214.656,二者均有利于抑制火花的生成,其中易分解的灭火剂效果优于不易分解的灭火剂;添加阻燃剂后火花密度等级随压力变化趋势不变,但其数值平均减小184.813,有利于抑制火花的生成。易分解的灭火剂为抑制磨料水射流切割钛合金火花生成的最佳添加剂种类。本文的研究能够补充完善磨料水射流切割金属材料的机理,可以为磨料水射流在高危环境下安全切割金属材料提供理论依据和实验支撑,具有重要的学术和实际应用价值。该论文共有图44幅,表21个,参考文献130篇。

马青山[6](2021)在《前混合磨料水射流切割系统磨料回收循环利用实验研究》文中提出磨料水射流作为唯一的冷高能束加工技术,具有可加工材料多、无热影响区、加工精度较高等多种优点,目前已取得数十亿美元的市场份额,且未来几年仍具有较大发展潜力。加工成本较高是制约其发展和应用的主要原因之一,其中磨料成本占总成本的50%以上,磨料的回收利用是降低加工成本的最佳途径。此外磨料的回收还能够减少磨料矿藏的开发,有利于环境保护,符合当前时代要求。前混合磨料水射流(ASJ)有着可以使用湿磨料的先天优势,其磨料回收具有广阔前景。传统磨料回收方案工序复杂、成本较高,导致磨料回收难以获利。工业应用中可行的回收方案必然要求工艺简单、成本低廉、磨料性能得到充分利用且每次回收切削性能相同,本着这一思路,本文对ASJ切割过程中磨料的回收进行了研究。切割深度和切表面粗糙度是切割时最为显着的特征,这里将之作为切割质量的衡量标准。本文首先提出了一种满足上述要求的磨料回收方案,随后通过实验验证了这一方案的可行性,并建立了ASJ多次循环切割时切割质量的预测模型。其次,由于连续切割中磨料不断崩解,本文进行了补料实验,确定了补料操作对于多次持续回收磨料的影响,并根据前述回收方案设计了一套自动化磨料回收循环系统。本文最后,详细分析了ASJ切割过程中磨料颗粒的崩解原理,给出了磨料崩解与磨料及靶材物性参数之间的关系。本文的研究发现:(1)对同一批石榴石磨料进行多次循环切割后发现:仅去除大颗粒杂质而不做其他处理的回收磨料仍具有很强的切削能力,这种简化的ASJ切削系统磨料回收方案被证明可行。连续循环过程中,每次循环中将30%的磨料替换为新磨料,磨料就可以得到充分利用,且其切削性能在每一次重复切割中基本保持相同。尺寸在90~180μm的磨料能获得最佳的表面粗糙度,表面粗糙度随这部分份额的增大而减小,与大颗粒磨料相比,小颗粒磨料对表面粗糙度的负面影响更大,因此在对切割表面粗糙度要求较高时最该关注小颗粒磨粒占比。(2)本文提出了一套自动化磨料回收循环系统,可以自动实现切割、磨料收集、清除大颗粒杂质、特定比例新磨料补料、磨料装罐、二次切割全部步骤。整个过程无需停机,方便易操作,且能大大减小了磨料罐的体积,方便提升工作压力,以达到更好的切割能力。若能在实际生产中使用,应当可以取得良好的效果。后续研究可推广至其他种类磨料,建立ASJ加工参数、被切材料参数、磨料种类的替换比-切割质量数据库,方便在实际使用中查询应用。(3)详细分析了ASJ切割系统中磨料回收的全过程,创造性的将磨料崩解分为两个部分三个阶段,结合磨料破碎尺寸效应等理论讨论了影响磨料崩解值发生变化的可能。分析了切割系统本身引起的磨料崩解系数B,并给出了B与平均粒径减小值之间的关系。研究了磨料物性参数与ASJ切割中磨粒崩解的关系,结果表明强度、球磨韧性、硬度三个参数是影响磨料崩解最主要的因素,白刚玉以其均衡的性能,无明显短板的特点,无论在空打工况还是切割工况下都表现优异,就技术层面来说,是回收价值最高的高耐用性磨料。还定性的分析了靶材物性参数与ASJ切割过程中磨料崩解程度的关系,研究结果表面靶材硬度对于磨料崩解影响最大,密度次之,杨氏模量的影响相对较小。本论文有图45个,表14幅,参考文献82篇。

黄伟[7](2021)在《磨料水射流铣削加工氧化铝陶瓷板材研究》文中提出氧化铝陶瓷具有绝缘性、机械强度大、热传导率好等特点,被广泛应用于各行业。使用传统机械加工氧化铝陶瓷易产生诸多不利因素,如易损坏刀具、加工精度不高、使工件产生很大变形应力等。作为一种清洁无污染且加工效率高的技术,磨料水射流自然非常适用于加工硬脆性材料。本文以铣削氧化铝陶瓷板为基础,首先理论分析了水射流结构特征和磨料水射流工作原理,探究了磨料水射流对工件的冲击力模型和铣削加工的材料去除机理。选取射流压力、喷嘴移动速度、靶距、横向进给量和磨料流量五个工艺参数进行单因素实验,分析了它们对铣削加工性能的影响。通过正交实验和极差分析,得到了5个参数对材料去除率和铣削深度的影响主次顺系和最优组合。探究工艺参数对铣削表面质量的影响时,在初次铣削基础上,以低射流压力和细磨料来进行的二次铣削加工,降低了铣削表面粗糙度,探究了包括磨料粒度在内的五个工艺参数对喷嘴移动方向和横向进给方向表面粗糙度的影响规律,运用Minitab软件得到了工艺参数影响表面粗糙度的主次顺序和最优组合范围。在磨料水射流去除脆性材料模型基础上,考虑进工件材料参数和射流参数后,建立了单次铣削深度模型,通过实验验证最大误差为11.6%。由表面粗糙度在喷嘴移动方向和横向进给方向形成原因不同,建立了在两个方向上的表面粗糙度模型。基于人工神经网络理论,通过100组样本数据和Matlab编程语言进行学习训练,建立了输出为喷嘴移动速度的BP神经网络模型,经9组实验验证得到期望铣削深度与实际铣削深度的最大误差仅为6.1%,说明人工神经网络用于进行磨料水射流多参数非线性系统的预测是可行的。

黎明河[8](2020)在《磨料水射流加工整体式涡轮叶盘的研究》文中提出整体式涡轮叶盘是航空发动机最为核心的零件。而整体叶盘由一些具有不规则自由曲面形状的叶片周期性排列而成,其叶片型面的设计和制造水平在很大的程度上决定了发动机的性能。因此关于叶片的加工是生产制造中的难点和重点所在,其中在整体叶盘的通道粗加工中材料的去除量占有整个叶盘完整加工过程中的大部分材料去除量。因此,采用一个高效率和高成形质量的粗加工方法在整个涡轮叶盘的加工过程中至关重要。本课题采用具有对加工材料无选择性,无热响应对材料性能无物化影响的新型射流加工方法——磨料水射流,研究以该工艺对整体式涡轮叶盘的粗加工方法。本文首先针对整体式涡轮叶盘叶片的自由曲面,进行了关于其曲面特征的几何特点进行了分析。并建立了其近似的几何模型,通过该模型利用微分几何的相关知识结合计算机图形学的方法。分析了叶片曲面的几何特征,基于该特征,提出了加工整体式涡轮叶盘叶片曲面的数学几何判据,并利用该判据针对叶片曲面进行了分析,提出了适用于磨料水射流加工特点的两种叶片曲面加工策略。即以切向加工为主的凸面曲线切向加工以及以控制材料去除率为主的铣削加工策略。并以此来对模型进行了改进,改进后的模型其曲面的性质要更适合于磨料水射流的加工特点。在之后对典型的叶背(凸)曲面形式进行了分类,并总结出不同曲面特点时的磨料水射流切线切割加工的限制和路径生成方法,并对此进行了相关的仿真及实验研究。发现影响射流切线加工凸面的加工效果的因素:既存在自身模型的曲面特征的影响,也有射流加工的自身缺陷的影响。并针对此结论对该模型进行了进一步的针对磨料水射流加工特点的工艺化改进。为进一步对涡轮叶片的叶盆曲面进行加工,本文通过研究磨料水射流加工材料的冲蚀去除机理,采用有限元仿真及量纲分析的方法。通过对不同的钢材材料建立了具有不同本构的有限元模型,并进行了相关的仿真。研究了磨料水射流去除塑性金属材料的高速微观响应,并针对上述仿真的内容设计了相关的单因素及正交实验,对不同的材料进行了相关的材料去除率实验研究。通过量纲分析法分析该实验结果,建立了相关的材料去除率的经验模型。以此为依据提出磨料水射流定去除量的加工方式并对此进行了仿真分析。最后对整体式涡轮叶盘的磨料水射流加工轨迹的生成进行了相关的研究。初步确定了磨料水射流粗加工过程中的确定刀轴方向的原则。并以此对优化后的模型叶间通道的约束进行了防干涉计算,并分析所需的加工运动形式,最后对粗加工过程进行了仿真验证。生成了相应的整体式涡轮叶盘的磨料水射流粗加工路径。

郭嘉赫[9](2020)在《应急救援过程磨料水射流切割工艺参数优化研究》文中进行了进一步梳理对于火灾、地震、车祸等一些灾变现场,由于地形、空间的特殊性,大型救援设备难以进入,而小型救援设备破拆效率低下,无法快速拆除混凝土构件或其他材质障碍物。磨料水射流切割技术不产生明火、切割效率高,适于易燃易爆环境,且体积相对较小,但其切割性能有待进一步提升。本文选取灾变现场常见的C35混凝土及Q235钢板作为靶件材料,采用试验研究与数学建模结合方式提出通过优化切割参数以及多次切割工艺提升切割性能。首先,研究前混合磨料水射流设备切割C35混凝土过程的影响因素,并提出优化方法。采用单因素试验法研究各工况参数对切割深度的影响规律,并通过正交试验分析不同参数的影响程度大小,结合实测数据建立了切割深度的预测模型。结果表明:不同参数对切割深度的影响存在明显差异。切割深度与射流压力正相关;与横移速度负相关;随靶距增大则先增大后减小,并得出最佳靶距为4mm;随冲击角度呈现波动式变化,确定出最佳冲击角度为80°。从各工艺参数的影响程度来看,从大到小依次为:射流压力、横移速度、靶距。依据切割试验数据,建立了前混合磨料水射流切割混凝土切割深度的多元线性回归数学模型。其次,提出优化现有多次切割工艺提高磨料水射流切割性能。用单因素试验法对Q235钢板进行切割试验分析了单次切割、同向多次切割与交替向多次切割的差异。结果表明:单次切割深度随横移速度增大而减小,但减小速率逐步变小;相同运行时间下,同向多次切割性能优于交替向多次切割;不同形状材质的最佳切割次数存在差异,厚度相同时,板状钢材宜采用二次切割,而管状或柱状钢材宜采用四次切割;优化效果随着破拆材料厚度增加而增加。最后,基于量纲分析法构建Q235钢板的多次切割工艺下的切割深度预测模型,从而更好地结合现场,优化切割参数。此外,为了使多次切割工艺能在现场更好地应用,设计出便携式电动支架,减少了救援人员的操作难度与危险。

张西洋[10](2020)在《前混合磨料水射流精密加工的表面粗糙度研究》文中进行了进一步梳理中国于2016年提出的“中国制造2025”行动纲领,为我国业内从事精密加工、特种加工的学者明确了新研究方向。前混合磨料水射流技术作为精密加工、特种加工技术之一,切割参数多达18个,加大了业内研究人员关于切割材料表面粗糙度形成规律和预测模型建立的研究难度。现围绕前混合磨料水射流切割材料表面粗糙度技术要求,基于量纲分析法、试验设计、预测模型拟合及试验验证对其展开研究,本文主要工作如下:1)针对国内外对磨料射水流切割材料加工质量及表面粗糙度的研究现状,对前混合磨料水射流的1 8个切割参数进行分析研究,为建立基于量纲分析法的物理模型奠定基础;2)基于量纲分析法建立表面粗糙度与切割参数之间的物理模型,提取影响加工表面粗糙度的关键因素,依据关键因素制定试验方案,利用前混合磨料水射流切割平台对Q235碳素结构钢和大理石进行试验研究,基于极方差分析法得到最优参数组合和显着性关系,应用计算机数据处理软件归纳各参数与表面粗糙度的影响规律;3)应用多元非线性回归分析法建立预测数学模型,并通过试验验证其准确性和可靠性。研究前混合磨料水射流加工工艺参数与表面粗糙度形成规律、建立前混合磨料水射流加工表面粗糙度预测模型是实现前混合磨料水射流精密加工的有效途径和关键技术,不仅具有切实的理论意义和工程应用前景,也是磨料水射流技术领域近年来研究的前沿科学问题。本文可形成一套完善的前混合磨料水射流切割表面粗糙度预测模型建立的系统理论,提高其精密加工特性;为数控平台的深入研究提供适用的实验数据和工艺参数。图[27]表[24]参[73]

二、磨料射流切割结构陶瓷材料的研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、磨料射流切割结构陶瓷材料的研究(论文提纲范文)

(1)陶瓷基复合材料加工技术及其表面亚表面损伤机制研究进展(论文提纲范文)

1 陶瓷基复合材料传统加工技术研究进展
    1.1 传统机械加工工艺
    1.2 激光加工
    1.3 超声加工
    1.4 水射流加工
    1.5 电火花加工
2 陶瓷基复合材料多能场复合加工技术研究现状
    2.1 水射流激光复合加工技术
    2.2 超声电火花复合加工技术
    2.3 其他类复合加工技术
    2.4 小结
3 陶瓷基复合材料表面亚表面损伤机制
    3.1 损伤形式
    3.2 理论及模型
4 结语

(2)基于流动聚焦原理辅助磨料水射流加工的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 磨料水射流加工技术国内外研究现状
        1.2.1 传统磨料水射流加工技术研究现状
        1.2.2 超声辅助磨料水射流加工技术研究现状
        1.2.3 磁场辅助磨料水射流加工技术研究现状
    1.3 当前磨料水射流加工技术存在的不足
    1.4 流动聚焦技术国内外研究现状
        1.4.1 流动聚焦技术原理
        1.4.2 流动聚焦技术研究现状
    1.5 本课题主要研究内容
第2章 基于流动聚焦原理的射流聚焦与参数设计
    2.1 射流聚焦流动特性分析
        2.1.1 射流结构特性分析
        2.1.2 射流聚焦原理分析
    2.2 流动聚焦时射流内部单元体形变的速度型
    2.3 影响射流速度与加工效果的参数
        2.3.1 流动聚焦时射流的速度型
        2.3.2 射流对工件的作用力
        2.3.3 磨料粒子对工件的作用力
        2.3.4 磨料的选择
        2.3.5 材料去除函数
        2.3.6 靶距的确定
    2.4 本章小结
第3章 基于Fluent仿真分析加工参数对射流的影响
    3.1 Fluent仿真分析设置
        3.1.1 聚焦腔体三维模型建立与网格划分
        3.1.2 Fluent求解器初始条件的设置
    3.2 气液压力比对聚焦效果的影响
    3.3 各加工参数对聚焦后射流速度的影响
        3.3.1 液体压强p_水对聚焦后射流速度的影响
        3.3.2 气体压强p_气对聚焦后射流速度的影响
        3.3.3 喷嘴出口处直径d对聚焦后射流速度的影响
        3.3.4 间距l对聚焦后射流速度的影响
    3.4 本章小结
第4章 基于流动聚焦原理辅助射流加工实验研究
    4.1 流动聚焦辅助磨料水射流加工设备研制
        4.1.1 水射流动力系统装置的研制
        4.1.2 聚焦系统的研制
        4.1.3 进给系统的研制
    4.2 各加工参数对聚焦后射流直径的影响趋势
        4.2.1 各加工参数对聚焦后射流直径影响的单因素实验
        4.2.2 各加工参数对聚焦后射流直径影响强度
        4.2.3 靶距的实验验证
    4.3 各加工参数对聚焦后射流加工质量的影响趋势
        4.3.1 驻留时间的确定
        4.3.2 液体压强对工件表面粗糙度的影响
        4.3.3 气体压强对工件表面粗糙度的影响
        4.3.4 喷嘴出口处直径对工件表面粗糙度的影响
        4.3.5 聚焦与聚焦小孔间距对工件表面粗糙度影响
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢

(3)磨料水射流切断面温度特征实验研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题概述
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 磨料水射流加工机理研究现状
        1.2.2 磨料水射流能量与分布理论研究现状
        1.2.3 磨料水射流加工温度研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 磨料水射流切割温度分析
    2.1 磨料水射流切割机理
        2.1.1 金属等延性材料的破坏
        2.1.2 岩石等脆性材料的破坏
    2.2 磨料水射流切割过程中的热量
        2.2.1 水的动能和内能
        2.2.2 磨粒的动能
        2.2.3 磨粒与工件之间的摩擦生热
    2.3 磨料水射流切割过程中的热传导
        2.3.1 直接导热问题
        2.3.2 导热逆问题
    2.4 本章小结
3 磨料水射流装置与切断面温度测量的实验设计
    3.1 实验目的
    3.2 实验设备和试验材料
        3.2.1 实验设备
        3.2.2 实验材料
    3.3 测量方法
        3.3.1 红外热成像测温技术
        3.3.2 热电偶测温
    3.4 实验方案与步骤
        3.4.1 实验方案
        3.4.2 实验步骤
    3.5 本章小结
4 高压水射流切割过程中的温度实验研究
    4.1 引言
    4.2 热电偶测温结果分析与讨论
        4.2.1 6061铝合金
        4.2.2 AZ31B镁合金
        4.2.3 不同材料结果分析
    4.3 热成像仪测温结果分析与讨论
        4.3.1 6061铝合金
        4.3.2 AZ31B镁合金
        4.3.3 喷嘴及射流的温度
    4.4 两种测温方法的结果对比
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(4)磨料水射流去除深孔及交叉孔毛刺的加工技术及机理研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 深孔和交叉孔毛刺去除技术研究现状
    1.3 磨料水射流研究现状
        1.3.1 磨料水射流工艺研究现状
        1.3.2 磨料水射流加工机理研究现状
        1.3.3 磨料水射流数值模拟研究现状
        1.3.4 磨料水射流光整加工研究现状
    1.4 存在的问题
    1.5 研究目的、意义和主要研究内容
        1.5.1 研究目的和意义
        1.5.2 主要研究内容
第2章 磨料水射流冲蚀深孔及交叉孔仿真研究
    2.1 概述
    2.2 流道中交叉孔毛刺受载分析
        2.2.1 CFD及流固耦合简介
        2.2.2 流固耦合控制方程及仿真模型建立
        2.2.3 仿真结果分析
    2.3 交叉孔冲蚀模拟
        2.3.1 交叉孔冲蚀仿真模型建立
        2.3.2 求解模型
        2.3.3 流场分析
        2.3.4 压力场分析
    2.4 本章小结
第3章 磨料水射流去除深孔及交叉孔毛刺实验研究
    3.1 概述
    3.2 实验设备及实验工件设计
        3.2.1 实验设备
        3.2.2 实验工件设计
    3.3 毛刺类型及形成机理
        3.3.1 入口毛刺
        3.3.2 孔壁毛刺
        3.3.3 交叉孔贯通毛刺
        3.3.4 孔底毛刺
    3.4 冲蚀实验
        3.4.1 纯水射流冲蚀实验
        3.4.2 磨料水射流冲蚀实验
        3.4.3 实验测量
        3.4.4 实验结果分析
    3.5 本章小结
第4章 磨料水射流去除深孔及交叉孔毛刺机理研究
    4.1 概述
    4.2 射流结构分析
        4.2.1 自由射流结构分析
        4.2.2 磨料水射流去除毛刺的射流结构分析
        4.2.3 磨料水射流能量分布分析
    4.3 孔口毛刺去除机理
    4.4 孔壁毛刺去除机理
    4.5 交叉孔贯通毛刺去除机理
        4.5.1 射流冲击和水楔作用
        4.5.2 单颗磨粒冲击
        4.5.3 交叉孔贯通毛刺去除机理
    4.6 本章小结
第5章 深孔及交叉孔毛刺去除质量评价
    5.1 概述
    5.2 评价指标的选择及权重分析
        5.2.1 评价指标的确定
        5.2.2 评价指标权重分析
    5.3 灰色关联评价模型建立
    5.4 正交实验及评价分析
        5.4.1 实验设计
        5.4.2 实验结果与质量评价
        5.4.3 工艺参数对毛刺去除质量的影响
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间取得的成果
致谢
学位论文评阅及答辩情况表

(5)前混合磨料水射流切割金属材料火花产生机理及抑制方法研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容及技术路线
    1.4 本章小结
2 前混合磨料水射流切割金属产生火花的实验现象及原理分析
    2.1 磨料水射流切割金属的机理
    2.2 磨料水射流切割金属产生火花的实验现象
    2.3 磨料水射流切割金属产生火花的原理分析
    2.4 磨料颗粒冲击金属瞬态最高温度的数学模型
    2.5 基于数学模型的射流冲击压力变化对冲击温度影响的数值解
    2.6 模型验证实验
    2.7 本章小结
3 冲击温度模型的数值模拟
    3.1 有限元法与ANSYS数值计算软件简介
    3.2 数值模型的建立
    3.3 模拟结果及分析
    3.4 本章小结
4 磨料水射流切割参数对火花数量影响的研究
    4.1 实验过程及原始数据
    4.2 实验结果与分析
    4.3 本章小结
5 火花抑制方法的实验研究
    5.1 添加剂的作用机理
    5.2 实验材料
    5.3 高聚物添加剂抑制火花实验
    5.4 灭火剂添加剂抑制火花实验
    5.5 阻燃剂添加剂抑制火花实验
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 主要创新点
    6.3 研究展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

(6)前混合磨料水射流切割系统磨料回收循环利用实验研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 小结
2 切割过程中磨料的多次循环回收利用研究
    2.1 实验
    2.2 磨料颗粒崩解情况研究
    2.3 切割质量及预测模型
    2.4 小结
3 补料试验及自动化磨料回收循环系统
    3.1 实验
    3.2 磨料颗粒粒度分析
    3.3 切割质量分析
    3.4 多次循环回收的可行性研究
    3.5 自动化磨料回收循环系统
    3.6 小结
4 磨料及靶材物性参数对于回收利用的影响研究
    4.1 前混磨料水射流切割中磨粒的崩解概述
    4.2 空打工况下磨料的崩解情况及原因分析
    4.3 多种磨料切割工况下磨料的崩解
    4.4 切割多种靶材时磨料的崩解情况
    4.5 小结
5 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
参考文献
作者简介
学位论文数据集

(7)磨料水射流铣削加工氧化铝陶瓷板材研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 磨料水射流技术概述
    1.2 磨料水射流铣削加工研究现状
    1.3 问题的提出及主要研究内容
        1.3.1 问题的提出
        1.3.2 主要研究内容
2 磨料水射流加工基础理论
    2.1 磨料水射流工作原理
    2.2 单一介质水射流控制方程
        2.2.1 单一介质流体的基本特性
        2.2.2 单一介质流体动力学方程
    2.3 多相介质流控制方程
    2.4 磨料水射流特征及参数
        2.4.1 射流结构特征
        2.4.2 磨料水射流基本参数
    2.5 磨料水射流去除材料机理
        2.5.1 磨料水射流对工件的冲击作用力
        2.5.2 磨料水射流去除材料微观机理
    2.6 本章小结
3 磨料水射流铣削陶瓷板材实验研究
    3.1 磨料水射流单次铣削加工实验
        3.1.1 工件材料
        3.1.2 实验装置
        3.1.3 铣削实验方案设计
        3.1.4 铣削工艺参数
    3.2 磨料水射流单次铣削实验结果与分析
        3.2.1 工艺参数对材料去除率和铣削深度的影响规律
        3.2.2 磨料水射流单次铣削多因素正交实验研究
        3.2.3 正交实验结果分析
    3.3 磨料水射流多次铣削表面粗糙度研究
        3.3.1 铣削实验方案
        3.3.2 工艺参数对表面粗糙度的影响
        3.3.3 表面粗糙度影响因素分析
    3.4 本章小结
4 磨料水射流铣削氧化铝陶瓷板材数学模型
    4.1 磨料水射流铣削深度模型
        4.1.1 磨料水射流铣削加工经验模型
        4.1.2 单道铣削最大深度模型的建立
        4.1.3 单次铣削深度模型
        4.1.4 铣削深度模型的实验验证
    4.2 磨料水射流铣削加工表面粗糙度研究
        4.2.1 磨料水射流铣削加工底面的形成过程
        4.2.2 磨料水射流铣削表面粗糙度模型
    4.3 本章小结
5 基于人工神经网络的磨料水射流铣削深度研究
    5.1 人工神经网络模型
        5.1.1 人工神经元模型
        5.1.2 BP神经网络结构
    5.2 基于BP神经网络的磨料水射流铣削氧化铝板材铣削深度模型
        5.2.1 BP神经网络参数的选取
        5.2.2 基于BP神经网络的磨料水射流铣削加工模型的学习训练
    5.3 本章小结
6 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢

(8)磨料水射流加工整体式涡轮叶盘的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 磨料水射流加工技术研究现状
        1.1.1 磨料水射流加工技术简介
        1.1.2 磨料水射流铣削、车削、钻削及复合加工
    1.2 磨料水射流加工机理研究现状
    1.3 涡轮叶盘加工技术研究现状
        1.3.1 涡轮叶盘加工的难点
        1.3.2 涡轮叶盘加工技术研究现状
    1.4 存在的问题
    1.5 本文研究的目的、意义和主要研究内容
        1.5.1 本文研究的目的和意义
        1.5.2 主要研究内容
第2章 磨料水射流加工整体式涡轮叶盘加工策略
    2.1 整体式涡轮叶盘叶片曲面的几何特征分析
        2.1.1 整体式涡轮叶盘的结构特点分析
        2.1.2 整体式涡轮叶盘几何建模
    2.2 基于微分几何曲线曲面论的涡轮叶片曲面特征分类
    2.3 磨料水射流加工整体式涡轮叶盘的几何判据及加工策略
    2.4 涡轮叶片曲面加工工艺模型
    2.5 本章小结
第3章 磨料水射流加工涡轮叶片凸面的加工仿真和实验
    3.1 磨料水射流加工涡轮叶片凸面几何学及运动学原理
    3.2 直纹涡轮叶片和扭转非直纹曲面叶片的加工仿真
        3.2.1 基于SolidWorks二次开发的加工仿真方法
        3.2.2 曲面切线切割加工方式的仿真
    3.3 磨料水射流加工直纹面曲面的实验
        3.3.1 实验条件和设备
        3.3.2 曲面切线切割实验的结果及分析
    3.4 面向加工质量的加工模型优化
    3.5 本章小结
第4章 磨料水射流材料去除率模型研究
    4.1 磨料水射流冲蚀过程有限元仿真
        4.1.1 单颗粒磨料冲蚀模型
        4.1.2 多颗粒磨料冲蚀模型
    4.2 磨料水射流单因素实验研究
        4.2.1 实验方案
        4.2.2 工艺参数对材料去除率的影响
    4.3 材料去除率正交实验研究
        4.3.1 实验方案设计
        4.3.2 正交实验的结果及分析
    4.4 材料去除率预测模型
    4.5 曲面创成机理研究
    4.6 本章小结
第5章 整体式涡轮叶盘的加工路径规划及仿真
    5.1 叶轮叶片自由曲面切割路径规划
        5.1.1 路径生成的基本原理
        5.1.2 整体式叶盘的无干涉射流切割仿真
    5.2 整体式涡轮叶盘磨料水射流加工路径生成
        5.2.1 叶轮加工路径生成中的关键问题
        5.2.2 叶轮的加工路径生成
    5.3 本章小结
结论和展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果及获得的奖励
致谢
学位论文评阅及答辩情况表

(9)应急救援过程磨料水射流切割工艺参数优化研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
    1.3 研究内容和目的
    1.4 技术路线
2 磨料水射流切割过程分析
    2.1 磨料水射流流场研究
    2.2 磨料颗粒加速分析
    2.3 塑性材料切割过程分析
    2.4 切割深度影响因素
    2.5 多次切割深度量纲分析模型
    2.6 本章小结
3 前混合磨料水射流切割深度影响因素研究
    3.1 前混合磨料水射流试验系统
    3.2 切割试验准备及过程
    3.3 单因素试验结果与分析
    3.4 正交试验结果与分析
    3.5 切割深度多元线性分析模型
    3.6 本章小结
4 磨料水射流切割次数对切割深度影响研究
    4.1 试验方案
    4.2 试验结果分析
    4.3 量纲分析模型求解
    4.4 多次切割工艺的应用
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 研究结论
    5.2 本文创新点
    5.3 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

(10)前混合磨料水射流精密加工的表面粗糙度研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题背景
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 主要研究内容
    1.5 研究意义
    1.6 本章小结
2 前混合磨料水射流切割参数分析及物理模型构建
    2.1 前混合磨料水射流技术介绍
    2.2 前混合磨料水射流基本参数
        2.2.1 射流系统参数
        2.2.2 机械系统参数
    2.3 量纲分析物理建模
    2.4 加工表面粗糙度物理模型建立
        2.4.1 影响加工表面粗糙度的物理量及量纲
        2.4.2 无量纲量的列出
        2.4.3 最终量纲关系的确定
    2.5 本章小结
3 前混合磨料水射流切割试验研究及影响规律
    3.1 试验目的
    3.2 试验设备
    3.3 切割参数及水平选择
    3.4 Q235碳素结构钢的试验数据处理
        3.4.1 Q235碳素结构钢的最优参数组合
        3.4.2 Q235碳素结构钢各参数影响规律
    3.5 大理石的试验数据处理
        3.5.1 大理石的最优参数组合
        3.5.2 大理石各参数影响规律
    3.6 本章小结
4 多元非线性回归分析数学模型构建及验证
    4.1 Q235碳素结构钢数学模型构建
    4.2 Q235碳素结构钢数学模型验证
    4.3 大理石数学模型构建
    4.4 大理石数学模型验证
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果

四、磨料射流切割结构陶瓷材料的研究(论文参考文献)

  • [1]陶瓷基复合材料加工技术及其表面亚表面损伤机制研究进展[J]. 王晓博,李璐璐,赵波,宋超胜. 表面技术, 2021(12)
  • [2]基于流动聚焦原理辅助磨料水射流加工的研究[D]. 陈震. 吉林大学, 2021(01)
  • [3]磨料水射流切断面温度特征实验研究[D]. 曹丽亭. 中北大学, 2021
  • [4]磨料水射流去除深孔及交叉孔毛刺的加工技术及机理研究[D]. 张艺琳. 山东大学, 2021(12)
  • [5]前混合磨料水射流切割金属材料火花产生机理及抑制方法研究[D]. 王信用. 中国矿业大学, 2021
  • [6]前混合磨料水射流切割系统磨料回收循环利用实验研究[D]. 马青山. 中国矿业大学, 2021
  • [7]磨料水射流铣削加工氧化铝陶瓷板材研究[D]. 黄伟. 西华大学, 2021
  • [8]磨料水射流加工整体式涡轮叶盘的研究[D]. 黎明河. 山东大学, 2020(02)
  • [9]应急救援过程磨料水射流切割工艺参数优化研究[D]. 郭嘉赫. 中国矿业大学, 2020(03)
  • [10]前混合磨料水射流精密加工的表面粗糙度研究[D]. 张西洋. 安徽理工大学, 2020(04)

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结构陶瓷材料的磨料射流切割研究
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