学海网

硕士论文-磨料水射流切割模型建立及其实验研究，共60页，25209字
摘 要
磨料水射流(Abrasive Waterjet，简称 AWJ)，是在高速水射流中加入磨料粒
子形成的高能磨料射流束，是目前唯一的冷态切割技术。一般来说，磨料水射流
可以加工任何材料，特别在常规方法难以加工的材料切割中得到了广泛的应用。
然而，其切割条纹限制了该项技术的推广和应用。
本文主要研究内容：
1. 根据磨料水射流切割过程中的“两阶段”理论，即整个切割深度方向上分为
“切割磨削阶段”和“变形磨削阶段”。推导了磨粒切割初始速度的公式。建立了一
个二维的，基于难加工材料的，可以预测切割深度模型。
2.为论证所建立的磨料水射流切割深度模型准确性，设计了一个切割花岗岩
的实验。影响磨料水射流切割模型的参数有 18 个之多，在所有的参数中，切割
速度、水射流压力、悬距对射流切割深度的影响最为明显，取它们作为试验的基
本参数。对磨料各个参数对切割深度的影响进行了研究。
3.对磨料水射流的切割质量进行了实验研究，通过改变水射流压力、切割进
给速度来研究切割断面质量，对 AWJ 切割机理和切割过程进行了分析，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，提出了两
种提高磨料水射流切割质量的方法。
关键词：磨料水射流；数学建模；切割深度；切割质量
目 录
摘 要 ............I
Abstract...... II
1 绪 论 ....... 1
1.1 磨料水射流的发展.1
1.2 国内外研究现状.....1
1.3 本论文研究的目的及意义......3
1.4 主要研究内容及思路..............4
2 磨料水射流切割模型建立......... 5
2.1 磨料水射流的切割机理..........5
2.1.1 切割进给方向...... 5
2.1.2 切割深度方向...... 6
2.2 建立模型的一般步骤 .............8
2.3 水流的作用 ............8
2.4 磨粒的初始速度 ....9
2.4.1 水流的速度.......... 9
2.4.2 磨粒的速度........ 10
2.5 切割深度计算 ......11
2.5.1 切割磨削阶段穿透深度..... 11
2.5.2 切割面的阻力影响............. 18
2.5.3 变形磨削阶段的穿透深度. 19
2.6 本章小结 ..............21
3 磨料水射流切割试验研究....... 22
3.1 实验器材 ..............22
3.2 试验内容及试验结果...........22
3.2.1 试验因素............ 22
3.2.2 试验过程及试验结果........ 24
3.3 验证建立的磨料水射流切割模型合理性..............26
3.4 试验结果分析 ......28
3.4.1 切割深度与水射流压力关系.............. 28
3.4.2 切割深度与切割速度关系. 29
3.4.3 切割深度与磨料流量的关系.............. 30
3.5 小结 .....31
4．磨料水射流切割质量研究.... 32
4.1 AWJ 切割断面特征...............32
4.2 AWJ 切割断面条纹形成机理 ................34
4.3 AWJ 切割质量的实验研究 ...34
4.3.1 实验参数的确定................ 34
4.3.2 试验内容及试验结果......... 35
4.4 提高磨料水射流切割质量的方法........40
4.5 本章小结 ..............42
5 结论与展望.............. 43
5.1 本文主要研究成果................43
5.2 进一步研究的内容................43
参考文献 ... 45
附录一 符号表........... 47
致谢 ........... 50