磨料水射流抛光加工工艺参数优化研究

《高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的试验研究》篇一一、引言随着现代工业技术的飞速发展，玻璃纤维增强塑料（GFRP）因其出色的性能在许多领域得到广泛应用。

然而，由于其材料的复杂性和特殊性，传统切割方法在切割过程中可能对材料造成损伤或破坏。

因此，寻找一种高效、无损的切割方法显得尤为重要。

高压磨料水射流切割技术以其独特的优势，在切割领域展现出巨大的潜力。

本文旨在通过试验研究，探讨高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的效果和影响。

二、试验材料与方法1. 试验材料试验所使用的玻璃纤维增强塑料（GFRP）材料来源于某知名生产厂家，具有优异的物理性能和化学稳定性。

2. 试验设备试验采用高压磨料水射流切割设备，该设备具备高压力、高速度、高精度的特点，能够满足玻璃纤维增强塑料的切割需求。

3. 试验方法（1）首先，对玻璃纤维增强塑料进行预处理，包括清洁表面、固定位置等。

（2）然后，调整高压磨料水射流切割设备的参数，包括压力、流量、喷嘴直径等。

（3）进行切割试验，记录切割过程中的数据，如切割速度、切割深度等。

（4）对切割后的样品进行性能检测，包括表面质量、切割精度等。

三、试验结果与分析1. 切割效果通过高压磨料水射流切割技术，成功实现了对玻璃纤维增强塑料的高效、无损切割。

切割后的样品表面质量良好，无明显的损伤或破坏。

同时，切割精度高，能够满足实际生产需求。

2. 影响因素分析（1）压力：压力是影响切割效果的关键因素。

随着压力的增大，切割速度和深度也随之增加。

但过高的压力可能导致材料过度损伤，因此需合理控制压力范围。

（2）喷嘴直径：喷嘴直径直接影响射流的聚焦性能。

较小的喷嘴直径有利于提高切割精度和速度，但过小的喷嘴可能导致射流不稳定。

因此，需根据实际需求选择合适的喷嘴直径。

（3）磨料类型与浓度：磨料类型和浓度对切割效果具有重要影响。

适当的磨料类型和浓度能够提高切割效率和精度。

但过多的磨料可能导致切割表面粗糙度增加，影响表面质量。

ｏｉ ｏｋ ｌ Ｐ ｏ 伴ｓ ｅ ｈ ｂ ａ ｃ ｌ ｈ ｐｌ ｉ ｔ ｓ 气 ｔｙ ｕ ｃ ｗ ｉ ｈ ｏ ｐ ｓ Ｐ ・ ｓ ｇ 困ｒ ｂ ｅ ｏ ａ ｆ ｉｓ ｃｖｏ ｅ ａ ｍ ｘ ｅ ｓ
硕士学位论文
Ｋ ｙ 。 ：５ ｒ ｔ ； ｒ ｌ ｗａ ｒｃ Ｐｌｈ ｇ Ｐ ５．沪 功加： ｕ ｃ ｅ， 川５ １ ｏ ｙ Ａ ａｖ ｔ ｊ ｏｉ ｉ ； ｒ １ ． ｅｔ ｓ司 ｅ 人ｐ ｔ ｐ ｂ ｓ ｅ ｅ ｔ ｏｅ ： ｓｎ 眠 吕 抽
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拍ｕ ｎｓ 沙 ｃ
兰州理工大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明： 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。 除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均 己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
原型的过程１ １ ３ 。 快速成型制造思想的初始思路如图１１ ． 所示， 将三维实体截成一系列连续薄切片的
本学位论文属于
１ 、保密口，在
２ 、不保密团。
年解密后适用本授权书。
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作者签名： 导师签名：

《高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的试验研究》篇一一、引言随着工业技术的不断进步，玻璃纤维增强塑料（GFRP）因其优异的性能被广泛应用于各个领域。

然而，GFRP的切割加工一直是一个技术难题。

传统的切割方法如机械切割、激光切割等，在面对GFRP这类复合材料时，往往存在切割效率低、易损伤材料等问题。

因此，研究新型的切割技术成为了当前的重要课题。

其中，高压磨料水射流切割技术以其独特的优势，成为了值得深入研究的对象。

本文将详细介绍高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的试验研究，以期为相关领域提供参考。

二、试验材料与方法1. 试验材料本试验选用的材料为玻璃纤维增强塑料（GFRP），其具有优异的力学性能和良好的加工性能。

此外，还选用了适合高压磨料水射流切割的喷嘴、磨料和水源等。

2. 试验方法本试验采用高压磨料水射流切割技术对GFRP进行切割。

首先，通过调整设备参数（如压力、流量、喷嘴直径等），对GFRP进行初步的切割试验。

然后，通过观察和分析切割后的样品，研究不同参数对切割效果的影响。

最后，对试验数据进行统计和分析，得出最佳的切割参数。

三、试验结果与分析1. 切割效果通过高压磨料水射流切割技术，我们成功地对GFRP进行了切割。

从宏观角度来看，切割后的样品表面光滑，无明显损伤痕迹。

从微观角度来看，通过电子显微镜观察，发现切割边缘的纤维排列整齐，无明显的撕裂现象。

2. 参数影响在试验过程中，我们发现切割效果受多种参数的影响。

首先，喷嘴压力对切割效果具有显著影响。

当压力过大时，可能导致GFRP表面产生微裂纹；而压力过小时，则可能无法达到理想的切割效果。

其次，磨料的选择也会影响切割效果。

不同种类的磨料在切削过程中表现出的性能存在差异。

此外，水流速度和喷嘴直径等因素也会对切割效果产生影响。

因此，在实际操作中，需要根据具体材料和需求调整设备参数，以获得最佳的切割效果。

3. 统计与分析通过对试验数据的统计和分析，我们得出了最佳的切割参数。

《切顶留巷中超高压后混合磨料水射流参数优化研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对于高精度、高效率的切割和加工需求日益增加。

切顶留巷工艺作为一种常见的矿山开采方式，在岩石切割、煤层开采等方面有着广泛的应用。

混合磨料水射流技术作为非爆破开采的代表技术之一，因其高效率、环保和成本低廉等特点，得到了越来越多的关注。

然而，在实际应用中，混合磨料水射流参数的优化对于提高其切割效果和效率至关重要。

本文旨在研究切顶留巷中超高压后混合磨料水射流参数的优化问题，以期为相关领域提供理论依据和技术支持。

二、混合磨料水射流基本原理及现状分析混合磨料水射流技术是指利用超高压水泵产生的高速水流将磨料和切割介质混合后，形成一种具有强大切割能力的射流。

该技术具有高效率、低能耗、环保等优点，广泛应用于岩石切割、煤层开采等领域。

然而，在实际应用中，由于地质条件、设备性能等因素的影响，混合磨料水射流参数的优化问题亟待解决。

三、切顶留巷中超高压后混合磨料水射流参数优化研究（一）研究方法与实验设计本研究采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法。

首先，通过文献调研和理论分析，了解混合磨料水射流的基本原理和影响因素；其次，利用数值模拟软件对不同参数下的射流进行模拟，分析各参数对射流性能的影响；最后，通过实验验证数值模拟结果的准确性，并进一步优化参数。

实验设计主要包括以下几个方面：1. 选取合适的磨料和介质，根据实际需求确定混合比例；2. 设计不同超高压条件下的实验方案，探究超高压对混合磨料水射流的影响；3. 对不同参数下的混合磨料水射流进行切割实验，记录切割效果和效率；4. 结合理论分析和数值模拟结果，对实验数据进行处理和分析。

（二）实验结果与分析1. 超高压对混合磨料水射流的影响：随着超高压的增加，混合磨料水射流的切割能力和效率逐渐提高。

但当压力达到一定值后，继续增加压力对切割效果的提升作用不再明显。

2. 磨料和介质比例对切割效果的影响：适当的磨料和介质比例能够提高混合磨料水射流的切割效果和效率。

了提高加工表面质量， 许多学者进行了大量研究 !"$’!"。 ()*+,- !."、 /0 1234,5 !6"、 70 89-: !""以氧化铝陶瓷作为试 样， 研究了射流入射角 （射流束中心线与水平面之间的夹 角） 对加工质量的影响， (0*+,- 发现当入射角为 6#%6;’ 时， 切割深度最大， 因此他们提出用喷嘴摆动技术来提高 光滑区切割深度， 结果发现， 采用喷嘴摆动技术可使光滑 区切割深度增加 <#=， 最佳的摆动角度为 ’;%>#(， 最佳的 !"! 磨料水射流工艺参数对切割性能和切割质量的影响 （!） 影响磨料水射流切割性能的因素 由于磨料水射流切割是一个非常复杂的过程，因此 影响磨料水射流切割性能的参数很多 !"!#"""， 包括动力学参 数 （水喷嘴直径、 水压力） 、 磨料参数 （磨料材料、 尺寸大 小、 流量） 、 磨料喷嘴参数 （磨料喷嘴直径、 长度、 材料） 、 切 割参数 （切割速度、 靶距、 冲击角度、 切割次数） 、 工件参数 （硬度） 等。 但易于控制的工艺参数主要有水压力、 磨料参 数、 切割速度和靶距等。 评价切割性能的指标主要包括切穿深度、切口形状 （切口上、 下部的宽度和切口锥角） 、 加工表面质量 （粗糙 度和波纹度） 等。 工艺参数对切割深度的影响 （"） 切割深度是评价磨料水射流切割性能的一个重要指 标，为此许多学者试验研究了工艺参数对不同材料的切 无论是韧性材料、 脆性材料 割深度的影响 !!$%"。结果表明， 还是复合材料， 工艺参数对切割深度的影响是一致的。 水压力的影响： 水压力增大时， 切割深度几乎呈线性 增加， 这是由于水压越大， 水射流的速度就越高， 其动能 也越大， 磨料所获得的动能也越大， 射流的切割能力就增 加， 因此能够达到的切割深度就越大。 磨料因素的影响： 在磨料水射流加工中， 磨料对材料 的切割作用达到 "#$ 以上，磨料耗费占切割总耗费的 磨料流量、 磨料的粒度和硬度是主要的因素。 !#$%&#$， 磨料流量增加，切割深度增加，但不随磨料流量线性增 加， 而是减小了增加率， 这是因为磨料流量增加， 会使磨 料间相互碰撞的几率增加， 消耗了部分能量， 因此减小了 每个磨粒的切割效率。磨料硬度越高， 切割深度越大， 最 佳粒度为 &# 目， 这是由于大颗粒磨料质量大， 不易加速， 小颗粒磨料质量小， 加速后动能达不到较强的切割能力。 切割速度的影响： 切割速度增加， 切割深度减小， 这 是由于切割速度增加时，磨料对工件的重复切割运动减 少， 使较少的磨粒冲击工件表面， 因此切割深度减小。 靶距的影响： 随着喷嘴靶距的增大， 磨料水射流的集 束性逐渐降低， 并且使磨料的动能减弱， 冲蚀能力下降， 使切割深度减小。 （&） 工艺参数对切割质量的影响 虽然水射流加工有很多优点， 但它也存在不少问题， 例如波纹区的产生会影响加工质量，要想获得理想加工 表面， 只有当工件厚度小于光滑区深度才可以。因此， 为 摆动频率视切割速度而定。70 89-: 认为采用喷嘴摆动方 法可使锥度减小 ;!=， 同时还可大大降低表面粗糙度。 /0 (,??9 !’#"研究了用喷嘴摆动技术加工低碳钢和铝时对表 面粗糙度的影响， 结果表明， 采用喷嘴摆动技术可使表面 粗糙度值减小 <#=， 并得出结论： 对比较薄的材料可采用 喷嘴摆动技术来提高表面质量，对于较厚的材料可采用 切割速度大的喷嘴摆动技术， 切割低碳钢时， 摆动角度应 大一些， 而摆动频率小一些， 切割铝时， 大摆动角度可提 高加工质量。 @0 A95+25+ !’’"、 70 89-: 为了提高切削质量，

图7避免打磨过渡表面气孔等缺陷。

②根据《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》RCCM2000版+2002补遗J册要求对于换料水箱所有对接焊口焊后均需进行100%液体渗透和射线检验，任何裂未熔合、蜂窝状缺陷、未焊透或咬边，任何长度大于或e/3两值中较小者的气孔（e：壁厚），都应拒收，于管壁薄，稍微大一点的缺陷都有可能超标。

③经过后期的射线检验，5号机换料水箱的一次检验合格率由刚开始的83%到最后的96.5%，表4为工艺方法使用前和使用后透视对比。

表4工艺方法使用前和使用后透视结果对比类型未熔气孔夹渣合计/总数使用前使用后231241126/1455/1456结论从射线检验的结果表明，所采用的焊接工艺方法是可行的，焊接一次合格率从起初的83%到96.5%满足合同要焊接质量优良，变形量小，得到了广核业主的一致好同时也为广东火电在核电建设中创下了良好的口碑。

参考文献:[1]压水堆核岛机械设备设计和建造规则.RCCM2000图6焊接顺序焊接示意图图1磨料水射流设备的示意图[6]通过增压系统，可将水压提高至700MPa，甚至以上。

高压水通过水路系统进入喷头，主要在真空卷吸作用下，磨料与高压水在喷头内的混合腔内混合后，从仅有数十微米到几毫米的混合喷嘴中喷出，其速度可以达到音速的两、三倍。

根据动能方程（式1），动能与速度的平方成正比，因此磨料水射流具有极高的动能。

（其中E磨料-磨料的动能的质量（kg）；P-压力（Pa）；ρ（m/s2）；Q-流量（m3/s）。

遇到陶瓷靶材后，巨大的磨料水射流的动能造成陶瓷磨料水射流切割陶瓷基复合材料的研究报道较少，磨料水射流是否适用于加工陶瓷基复合材料仍没有定论。

这也限制了使用磨料水射流加工陶瓷基复合材料。

参考文献:[1]CARTER C B,NORTON M G.Ceramic materials:engineering [M].New York:Springer,2013.[2]KRENKEL W.Ceramic matrix composites:fiber reinforced ceramics and their applications [M].Darmstadt John Wiley [3]LOW I -M.Advances in ceramic matrix composites Cambridge:Woodhead Publishing,2014.[4]FOLKES J.Waterjet —An innovative tool for manufacturing （a ）磨料水射流喷射方向平行于复合材料内的纤维轴线时，材料钻孔出口处的形貌（b ）磨料水射流喷射方向垂直于复合材料内的纤维轴线时，材料钻孔内的形貌图2。

磨料水射流切割机理及质量提升方法研究摘要：磨料水射流具备极强的切割技术能力，可基本实现对大多数难切削原料的分割，但射流切割后的元件通常出现拖尾、切口锥度等品质缺憾，限制了该技术应用范围的进一步扩大和蓬勃发展。

本文内容专门研究了切割的形成机理及主要特质，明确提出了多种不同可明显改善切割品质的切割方式。

期望能为相关从业者提供一些参考。

关键词：水射流切割机理;磨料水射流;加工质量引言通过几十年的不断发展，水射流技术已经发展到不同的应用领域，逐步形成了独具特色的技术体系。

根据射流压力，水射流可分为低压水射流、高压水射流和超高压水射流三种类型：低压水射流一般指压力小于10MPa的水射流，一般用于家庭清洁、煤矿开采等，并主要由低压往复泵或离心泵产生；高压水射流一般指压力在10MPa至100MPa之间的水射流，它通常用于工业清洗、采矿、破碎和切割软材料，主要由往复式高压泵产生；超高压水射流一般指压力大于100MPa 的水射流，一般用于工业切削或其他机械加工，主要由增压器或超高压往复泵产生。

水射流的应用从低压开始，逐渐扩展到超高压，当然这也取决于科学技术的发展水平。

1.磨料水射流切割机理近年来，由于对设备的需求相对较低，设备较为友好，加工能力较高，磨料混合后水射流在工业加工制造领域得到了广泛应用。

一般来说，磨料混合后水射流处理系统主要由增压装置、供砂装置、喷射装置、传动装置和冷却器等模块组成。

增压装置是磨料水射流处理系统的“核心”，为磨料射流提供初始能量。

通过增压装置将水增压至高压甚至超高压，其增压能力的大小直接影响磨料水的性能和加工效率。

增压装置的主要部分由一个增压比为10:1至20:1的增压器组成，可将水压增加至400MPa，甚至高达700MPa。

传动机构是磨料射流加工系统的“脚”，为加工各种形状零件的磨料射流提供传动支持。

传动装置按照系统设计方案进行具体的后处理工作.传动精度、定位精度和分辨率尺寸是影响射流研磨水加工质量的重要因素之一，是实现加工精度的关键。

变其中一个工艺参数， 而其他参数保持不变， 根据得出的实验数 获得的动能也小， 因此对混凝土的冲蚀能力较弱， 此时的切割深
据画出每个工艺参数对切割深度的影响规律曲线图， 分析该参 度也就较小； 反之， 在磨料浓度一定时， 随着粒径增大， 射流中的
数单独变化对切割深度的影响。
颗粒数减少， 而且由于惯性及流体阻力的作用，大颗粒的加速减
水射流的喷射压力是影响水射流切割的一个重要参数， 它 决定了射流对材料的破坏能力。在一定的喷嘴尺寸和结构下， 水压主要影响到射流的速度， 水压越大， 水射流的速度就越高， 其动能也越大， 磨粒也能获得更大的动能， 射流切割能力增加， 因此， 能够达到的切深就越大。在特定的条件下， 存在最小临界 值， 当水压小于该值时， 射流不具有切割能力， 将图 ２ 的压力 － 切 深关系曲线延伸到与压力坐标轴相交， 就得到了最小切割压力。
３ 实验研究
３．１ 射流压力对切割深度的影响
实 验 中 射 流 压 力 ｐ 分 别 取 ４、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、９、 １０ＭＰａ 十个等级。其他实验条件为： 切割速度 ｖ 为 ０．４８ｍ／ｍｉｎ，靶 距 Ｌ 为 ３５ｍｍ， 磨 料 流 量 Ｑ 为 ６．６ｋｇ／ｍｉｎ， 磨 料 粒 径 Ｄ 为 ０．２１２ｍｍ， 材料取 Ｃ３ 试块。射流压力与切割深度的实验值及回 归曲线如图 ２ 所示。
材料破坏能力的是磨料水射流总的打击力和磨粒的微切削作
用， 以及磨料水射流的冲蚀作用。当磨料浓度一定时， 粒径越小，
射流中总的颗粒数越多。小颗粒的质量小， 容易被加速， 而大颗
粒则难以被加速。当磨料射流中的颗粒粒径较小时， 虽容易被
３．２．２ 磨料流量对切割深度的影响
对于一定粒径的磨料射流来讲， 磨料流量反映了射流中磨 料颗粒数量的多少， 影响到对材料的冲击频率， 因此它对切割深 度也必然会产生影响。

微磨料水射流对工件表面抛光作用的研究近年来，许多行业都在使用水射流抛光技术来提高工件表面质量。

由于水射流抛光过程所涉及的颗粒粒径较小，因此具有一定的抛光效果。

此外，水射流抛光可以节省劳动力，节约能源，提高工件表面质量，保证表面精度和表面光洁度，从而为行业生产带来若干好处。

因此，本研究将从微磨料水射流抛光技术的基本原理、装备及表面处理研究出发，探讨其在工件表面抛光中的应用。

一、微磨料水射流抛光技术的基本原理微磨料水射流抛光技术是利用现代技术所开发出的一种新型技术，它将砂轮、砂纸和其他磨料用水射流进行加工，通过把磨料的磨擦力转换成水力，在工件表面形成微细的拉裂、剥落、波浪状划痕，在磨料和工件之间形成微小的摩擦力，以达到良好的表面效果。

微磨料水射流抛光技术的基本原理是：首先，将适当浓度的磨料溶液和足够的水压力混合在一起，经过压力调节后放入水射流抛光装置，控制水流量，使水射流中携带的磨料能够得到充分表现，最后将磨料溶液通过喷嘴喷出，磨料溶液中的磨料粒子以溅射的形式作用于工件的表面，从而形成一种抛光效果。

二、微磨料水射流抛光装备及表面处理1、微磨料水射流抛光装备：微磨料水射流抛光装备的关键部件有水泵、控制阀、涡轮增压器、罐内搅拌器和扩散器。

主要完成工作包括：将磨料溶液混合于水中，控制混合流量，把水力压力转换成抛光粒子出口速度，控制喷枪坐标移动，控制磨料和水的比例，以及控制磨料的粒径和浓度。

2、微磨料水射流表面处理：完成微磨料水射流抛光需要综合运用几种技术来实现。

具体表面处理技术可以分为打磨、抛光、橡皮擦和上蜡等。

打磨，即利用磨料溶液与工件表面摩擦，去掉前期表面处理遗留的粗糙表面；抛光，即采用水射流抛光装置将微粒粒磨料溶液射向工件表面，使工件表面形成微细的拉裂、剥落、波浪状划痕，从而获得细腻光滑的表面；橡皮擦，即利用一定硬度的软橡胶材料，用轻轻的摩擦力对工件表面表面细节进行清洁；上蜡，即利用蜡材料与工件表面摩擦，让蜡材料溶质与工件表面形成紧密结合，从而达到护理表面、减少锈蚀及清洁等目的。

从微观角度上讲，磨料水射流切割的实质为大量磨料粒子对工件材料微磨削的累积作用，
需解决的关键问题是切口形貌和切割深度的控制。磨料水射流关键装备及精确切割机理数学 模型的发展与完善，使目前该技术能够切割100一200 mm厚的金属材料和约50 mm厚的硬脆材 料结构件。然而，在大厚度结构件的磨料水射流切割过程中，射流束会因能量衰减而产生
1.简介 1.单射流磨料侧进式喷头
优点：结构简单，射流的 密集性和稳定性都较好。
缺点：磨料与水混合的效 果较差。
1.简介 2.单射流磨料切向进给式喷头
磨料与水射流充分混合，同时 减少磨料间的相互碰撞，提高磨料射
流的切割能力。
1.简介 3.多射流磨料中进式喷头
多用于磨料射流清洗或除锈
1.简介 4.带准直管的磨料射流喷头
式中,hC一切割磨损模式的切割深度(mm) ; hd一变形磨损模式的切割深度(mm);Ck一特征速 度(m/s) ; dj一射流直径(mm);m一磨料质量流量(g/s) ; Ve一磨料粒子的临界速度(m/s) ; Vo一 磨料粒子的初始速度(m/s) ; P 一磨料粒子的密度(g/cm3) ; u一喷嘴的横移速度(mm/s) ;Cf摩 擦系数; 一流动应力(MPa)。 该模型几乎包含了磨料水射流加工所涉及的所有参数，然而，其中一些参数如Vo, Ve等须由 实验测定，因此当由不同的操作人员操作时，所取的结果是不同的。
压力的增加而增加，随靶距的增大而减小，与磨料的供给量存在最佳值关系。在 横移速度、材料厚度一定时，存在最佳靶距值，使切割深度最深;随着靶距的增大， 切槽宽度逐渐增大。在喷嘴横移速度一定时，随着压力增加，切割深度逐渐增大。 在压力一定时，横移速度越小切割深度越深。
3.磨料水射流加工技术研究现状

《高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的试验研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，玻璃纤维增强塑料（GFRP）因其优异的性能被广泛应用于各个领域。

然而，对于这种材料的切割加工，传统的方法往往存在效率低下、精度不足、易损伤材料等问题。

高压磨料水射流技术作为一种新型的切割方法，以其高效率、高精度、低损伤的特点，在玻璃纤维增强塑料的切割中展现出巨大的应用潜力。

本文旨在通过实验研究，深入探讨高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的工艺及性能。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验所使用的材料为玻璃纤维增强塑料（GFRP）板材，其具有较高的强度和韧性。

此外，还需准备高压磨料水射流设备、测量设备等。

2. 实验方法（1）设备准备：首先对高压磨料水射流设备进行调试，确保其工作状态稳定。

（2）切割工艺参数设定：根据前期预实验及理论分析，设定不同压力、磨料浓度、喷嘴与材料距离等参数，进行切割实验。

（3）切割实验：按照设定的参数进行切割实验，并记录切割过程中的各项数据。

（4）性能检测：对切割后的样品进行性能检测，包括切割面的质量、切割精度等。

三、实验结果与分析1. 切割面质量通过实验发现，高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料时，切割面质量受压力、磨料浓度、喷嘴与材料距离等因素的影响。

在合适的参数范围内，可以获得质量较高的切割面。

当压力过大或磨料浓度过高时，切割面可能会出现毛刺、裂纹等现象。

2. 切割精度实验结果表明，高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料时，具有较高的切割精度。

通过优化工艺参数，可以进一步提高切割精度。

此外，与传统的切割方法相比，高压磨料水射流切割具有更高的精度和稳定性。

3. 工艺参数优化通过对实验数据的分析，可以得出最佳的高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的工艺参数。

这些参数包括合适的水压范围、磨料浓度、喷嘴与材料距离等。

在最佳参数下，可以获得最佳的切割面质量和切割精度。

四、讨论与展望1. 讨论高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料具有高效率、高精度、低损伤等优点，但在实际的应用中仍需注意以下几点：首先，要合理设定工艺参数，以保证切割面的质量和精度；其次，要关注设备的维护和保养，以保证设备的稳定性和可靠性；最后，要不断探索和研究新的切割技术，以提高切割效率和精度。

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Ｎｏ ｌ
Ｍ 丑 ２ ２ Ｔ ００
磨 料 水 射流 抛 光 时工 艺 参数 对 工件 去 除量 的试 验 研 究
成建 联 ，宋 国英 ，李 福援
（ 西安 工 业 学 院 机 电 工 程 系 ， 西 西 安 ７ ０ ３ ） 陕 １０ ２
摘
要 ： 将 磨 料 水射 流 用 于 零 件表 面 的光 整加 工 是 一 门新 工 艺 、 方 击 ． 文 措 助 正 变 设 计 方 击 新 皋

高压磨料水射流光整加工技术的理论分析与数值模拟研究的开题报告一、选题背景及意义高压磨料水射流光整加工技术是一种先进的金属表面加工技术，在汽车、航空、航天、工程机械等领域都有广泛应用。

其相比传统机械加工、化学加工等技术，具有高效、环保、精度高等优点。

但该技术对加工条件的要求较高，需要进行理论分析及数值模拟，以优化加工参数，提升加工效率与质量。

二、研究内容及方法1. 研究高压磨料水射流光整加工技术的加工原理，分析其优缺点及适用范围。

2. 基于液-固两相流理论及磨粒入射动能转移模型，建立高压磨料水射流光整加工技术的理论模型。

3. 利用数值模拟方法，对高压磨料水射流光整加工技术进行模拟，优化加工参数，探究加工过程的物理特性及其对加工质量的影响。

4. 验证模型的有效性，对模型进行实验验证，比较模拟结果与实验结果的一致性。

三、预期目标1. 建立高压磨料水射流光整加工技术的理论模型，为研究该技术提供理论基础。

2. 通过数值模拟，确定最佳加工参数，提高加工效率和质量。

3. 通过实验验证，证明该理论模型的可靠性和实用性。

四、研究意义1. 为高压磨料水射流光整加工技术的优化提供理论依据。

2. 提高该技术的加工效率和质量，增强其在工业领域的应用。

3. 对液-固两相流理论的研究有较大贡献。

五、研究难点1. 建立液-固两相流理论的数学模型。

2. 分析磨料在加工过程中的动能转移，建立磨粒入射动能转移模型。

3. 选择合适的数值模拟方法，对加工过程进行模拟。

六、进度安排1. 第一阶段（1~3个月）：文献查阅、理论分析和模型建立。

2. 第二阶段（3~6个月）：数值模拟和模型优化。

3. 第三阶段（6~9个月）：实验验证和数据分析。

4. 第四阶段（9~12个月）：撰写论文，进行答辩。

磨料液体射流抛光技术研究进展陈逢军 苗想亮 唐 宇 尹韶辉湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心,长沙,410082摘要:论述了磨料液体射流抛光过程中的材料去除机理,介绍了磨料液体射流加工系统平台的国内外研究成果㊂从速度变化㊁材料去除㊁表面演化㊁表面粗糙度㊁数值模拟五个方面阐述了磨料液体射流数学模型的构建状况㊂系统分析了主要工艺参数如磨粒动能㊁射流压力㊁磨料㊁喷射角度㊁喷射距离㊁添加剂对加工结果的影响规律,并总结了磨料液体射流抛光技术发展历程㊂最后针对其将来的研究方向与内容给出了进一步的建议与展望㊂关键词:磨料射流;磨粒磨料;流体抛光;超光滑加工;材料去除中图分类号:T H 16 D O I :10.3969/j.i s s n .1004‐132X.2015.22.021R e s e a r c hP r o g r e s s e s o nA b r a s i v eF l u i d J e t P o l i s h i n g T e c h n o l o g yC h e nF e n g j u n M i a oX i a n g l i a n g T a n g Yu Y i nS h a o h u i N a t i o n a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r f o rH i g hE f f i c i e n c y G r i n d i n g ,C h a n gs h a ,410082A b s t r a c t :T h em e c h a n i s mo fm a t e r i a l r e m o v a l i nt h e p r o c e s so f p o l i s h i n g w a sd i s c u s s e d .T h e r e -s e a r c h r e s u l t s a b o u t j e tm a c h i n i n g s y s t e ma n d p l a t f o r m w e r e i n t r o d u c e d .T h ed e v e l o p m e n t o fm a t h e -m a t i c a lm o d e lo fa b r a s i v ef l u i d j e tw e r ed e s c r i b e d ,i n c l u d i n g s p e e dc h a n ge m o d e l ,m a t e r i a l r e m o v a l m o d e l ,s u rf a c e e v o l u t i o nm o d e l ,s u r f a c e r o u gh n e s sm o d e l ,n u m e r i c a l s i m u l a t i o nm o d e l .T h e e f f e c t l a w s o f s o m em a j o r p r o c e s s p a r a m e t e r ss u c ha s p a r t i c l ee n e r g y ,j e t p r e s s u r e ,a b r a s i v e ,j e ta n gl e ,s t a n d ‐o f f d i s t a n c e ,a d d i t i v e o nm a c h i n i n g r e s u l t sw e r e a n a l y z e d ,a n d t h e r e s e a r c h p r o g r e s s e s o f a b r a s i v e j e t p o l i s -h i n g t e c h n o l o g y we r e s u mm a r i z e d ,a n d t h e p r o b a b l ef u r t h e r r e s e a r c hw a s f o r e c a s t e d .K e y w o r d s :a b r a s i v e j e t ;a b r a s i v e p a r t i c l e ;f l u i d p o l i s h i ng ;s u p e r ‐s m o o th m a c hi n i n g ;m a t e r i a l r e -m o v a l收稿日期:20150522基金项目:国家自然科学基金资助项目(51205120);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20120161120001);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(531107040147)0 引言随着科技快速发展,机械电子㊁精密仪器㊁光学元件㊁医疗器械等领域的产品制造要求也在不断地提高㊂而在精密或超精密加工一些异形面㊁细长件或者微小区域时,由于这类构件加工难度大,故需要选择特殊的加工方法以提高产品质量㊂磨料液体射流抛光技术是近年来迅速发展起来的一种新型精密与超精密光学加工工艺,它也是一种计算机控制的小磨头柔性抛光技术㊂20世纪60年代,美国的B o b o 获得了将磨料液体射流技术用于钻油井的相关专利[1]㊂经过几十年的发展,磨料液体射流在清洗㊁切割㊁抛光㊁车削㊁铣削以及钻井㊁破碎岩石等领域得到了广泛的应用㊂与传统抛光技术相比,磨料液体射流抛光技术具有能加工任意面形光学元件㊁柔性强㊁抛光精度高㊁易控制和成本低等优点,在加工领域已得到了一定的应用㊂本文分别对磨料液体射流抛光技术的机理与方法㊁数学模型以及工艺参数等方面的研究现状进行了总结分析,并对磨料液体射流加工技术的发展趋势进行了展望㊂1 射流抛光原理与方法1.1 磨料液体射流抛光原理磨料液体射流抛光的基本原理如图1所示㊂混有微细磨粒的抛光液以一定速度由喷液磨头喷出与工件表面发生碰撞,并沿工件表面切向流动,产生强大的冲击力及剪切力,从而实现工件表面的材料微去除[2]㊂图1 液体射流抛光原理图[2]磨料液体射流抛光可以获得具有纳米级精度且无亚表面损伤的超光滑表面㊂文献[3]对B K 7进行了3h 磨料液体射流定点抛光试验后,抛光㊃6113㊃中国机械工程第26卷第22期2015年11月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.点处最大深度为44n m,抛光点中心处的粗糙度为1.2n m㊂表明可以通过极少量材料的塑性移除来获得极低的表面粗糙度值㊂K9玻璃的磨料液体射流抛光试验表明,垂直喷射时材料的去除区域呈W形的环状分布,对材料去除的主导作用是磨粒剪切力,而直接冲击占次要地位[4]㊂通过对纳米级颗粒与光学元件表面碰撞过程分析可知,纳米级颗粒具有足够高的入射动能才能克服阻碍势垒,与工件表面原子发生界面化学吸附反应[5]㊂通过水射流冲蚀石材试验发现,单纯的水射流的中心射流对材料具有去除作用,在成穴力㊁剪切应力和水楔的共同作用下,材料以脆性和塑性断裂方式实现去除㊂如图2所示,磨料水射流冲蚀区分为中心射流区(圆形区域ϕA)㊁成穴区(ϕA㊁ϕB之间的环形区)和散射区(ϕB㊁ϕC之间的环形区),材料的主要去除量在成穴区[6]㊂磨料液体射流重复抛光时,由于受压力波动㊁磨粒沉降和流体紊动等因素的影响,材料去除量呈现波动不稳性,从而增大了材料去除量的误差范围[7]㊂图2 射流冲蚀区截面轮廓[6]1.2 磨料液体射流加工系统喷射系统是射流加工的关键,它将压力能转变为动能从而产生高能流束并完成水射流加工㊂而喷嘴结构对射流的动力学特性㊁去除函数及抛光元件的表面粗糙度都会产生很大的影响㊂研究发现,利用收缩角为13°㊁长径比为4的锥柱型喷嘴进行射流抛光能获得较好的射流特性,其射流出口断面的紊动强度低㊁流速和磨料浓度分布均匀[8]㊂保持磨料浓度均匀可以使磨料液体射流抛光的效果更好㊂由于流化混合方式结构简单,易于安装,故可使用流化方式搅拌磨料混合液使其更加均匀㊂使用流化床辅助磨料液体射流加工系统对铝合金管道内表面进行抛光,表面粗糙度可从3μm减小到0.6μm,加工效率也可得到较大的提高[9]㊂供料系统需要保证精确㊁均匀㊁连续地供料,从而提高磨料液体射流加工的效率和射流性能㊂对于磨料液体射流,一般有如图3所示的前混合和后混合两种供料方式㊂前混合磨料液体射流是磨料先和水均匀混合成磨料料浆,然后经喷嘴喷射形成射流㊂如图4所示,结合流态化原理,依靠高压水的快速流动将高压磨料罐中的磨料负压吸入并流态化成均匀的磨料悬浮液,再经过三通与高压水混合,形成高速稳定的磨料料浆[10]㊂后混合磨料液体射流则是高速水射流与低速磨粒分别进入混合腔进行充分混合,同时高速水射流的部分能量传递给磨料,通过喷嘴进入喷射状态㊂前混合方式所需压力低,混合效果好,能量利用率高,加工精度高,但设备复杂,喷嘴磨损严重,而后混合方式正好与之相反㊂因此,在设计磨料液体射流加工系统时必须考虑实际加工精度及成本,从而选择合适的混合方式㊂1.高压水泵2.混合腔3.喷嘴4.截止阀5.储料箱6.浓度调节阀(a)前混合式1.高压水泵2.水喷嘴3.混合腔4.喷嘴5.储料箱(b)后混合式图3 两种磨料液体射流原理示意图图4 前混合磨料混合系统[11]1.3 磨料液体射流平台B e a u c a m p等[11]在一个7自由度的运动平台上对非球面光学元件进行磨料液体射流抛光试验,面型精度值达到50n m㊂李天生等[12]设计了一种磨液射流磨削抛光装置,该装置通过压缩装置在箱体内产生负压将磨料液从吸管吸上来,在压缩气流的作用下形成水射流,喷射在工件表面上,同时工件在旋转筒的带动下不断旋转,从而完成整个抛光过程㊂监测磨料液体射流加工过程对工艺参数的优化是非常重要的,国内外学者对此也作了相关的研究㊂可以利用测力传感器和探针精确确定射流束的直径[13]㊂使用声发射传感原㊃7113㊃磨料液体射流抛光技术研究进展 陈逢军 苗想亮 唐 宇等Copyright©博看网. All Rights Reserved.理对磨料液体射流工件侵蚀部分进行监测,可以控制加工工艺参数以提高加工质量[14]㊂F a n等[15]使用粒子图像测速(p a r t i c l e i m a g ev e l o c i m -e t r y,P I V )技术对微磨料液体射流的粒子速度分布进行了试验研究㊂试验发现粒子射流几乎是线性膨胀的,平均膨胀角度大约为7.2°㊂2 磨料液体射流数学模型为了对磨料液体射流的加工效率及精度进行定量分析,国内外学者根据材料去除机理㊁射流特性以及试验结果,建立了相关的数学模型进行预测与控制㊂图5展示了目前磨料射流数学模型的主要研究内容㊂施春燕等[7]对射流抛光的紊动冲击射流特性进行了研究,并构建了射流抛光的垂直和斜冲击射流模型,而且将R N G k ‐ε理论用于模型的计算㊂图5 磨料射流数学模型2.1 速度变化模型射流加工中射流截面上磨粒的平均速度可以利用磨粒的能量模型进行精确预测,其模型预测结果和试验结果的皮尔逊相关系数达到95%[16]㊂W a n g[17]基于射流动态特性的C F D 仿真研究,提出了可以评估射流方向上流体内部任意位置速度变化的数学模型㊂该模型与C F D 模型预测结果的平均误差在1%以内,基本可以满足对射流流体速度的预测㊂2.2 材料去除模型材料去除模型的应用可以有效地提高材料去除效率㊂在对磨料水射流车外圆的试验中,使用一种考虑了加工过程中冲击角度变化的模型,可以很好地提高加工过程中对工件直径的预测精度[18]㊂K u m a r 等[19]建立了基于有限元仿真的三维侵蚀模型,并对多磨粒冲击侵蚀过程进行了仿真计算㊂T y a gi [20]建立了基于磨粒动能的材料去除率数学模型,研究了磁场和电场对材料去除率的影响,材料的去除率随着磁场强度的增大而减小,随着电场强度的增大而变大㊂2.3 表面粗糙度模型表面粗糙度模型能对工艺参数进行优化,以获得最佳工艺参数,从而提高表面质量㊂A z m i r等[21]采用磨料水射流加工了玻璃环氧树脂复合材料,应用分段线性回归方法建立了加工表面粗糙度模型㊂C h e n 等[22]同样基于大量试验数据,建立了磨粒水射流抛光表面粗糙度模型,其预测结果的平均偏差为3.8%㊂C h e 等[23]建立了应用磨粒水射流抛光超硬材料的表面粗糙度理论模型,从理论上反映了各个工艺参数的变化会对表面粗糙度的影响㊂2.4 表面演化模型磨料水射流抛光时,冲击点处的面形变化会对工件的表面粗糙度㊁面形精度及去除效果产生影响,方慧等[4]㊁刘增文等[6]㊁施春燕等[7]对此作了相关研究,但他们较少考虑工艺参数对冲击点面形变化的影响㊂一种基于窄带水平集法的表面演化模型解释了微磨料液体射流加工中掩膜的磨损和磨粒的二次冲击问题,从而极大地缩短了加工时间[28]㊂M a 等[25]建立了可以预测磨料液体射流加工宽度与射流速度的经验关系模型㊂G e -t u 等[24]根据试验数据对微磨料液体射流加工脆性材料时的表面轮廓演化模型进行了改进㊂2.5 数值模拟通过对磨料液体射流过程进行数值模拟分析,可以促进实验与理论研究的发展㊂刘国勇等[27]基于C F D 多相流混合物模型对前混合磨料水射流混合腔的内部流场进行了数值模拟,当收缩锥角为30°时可获得较好的流场性能㊂V O F ㊁M i x t u r e 和E u l e r 模型在磨料液体射流的C F D 数值模拟过程中有着非常重要的应用㊂使用M i x -t u r e 模型可以对磨料在混合腔中的混合过程进行仿真,并且能够获得混合腔内磨粒的运动状态[29]㊂该模型也被应用于喷嘴结构的数值分析中,可以得出锥直型喷嘴的长径比在2~3时可获得最佳的射流速度[30]㊂陈林等[26]基于多相流E u l e r 模型对几种典型的后混合磨料水射流喷嘴的内流场进行了数值模拟,当圆柱段长度为出口直径的23~37倍时,磨粒可获得最大速度㊂陆金刚等[31]采用V O F 模型对自由水射流流场进行了数值模拟,发现喷嘴出口处空气向喷嘴内部卷吸,一定程度上提高了其集束性,而射流上游的湍流动能大小及漩涡强度对射流的集束性影响显著㊂3 磨料液体射流工艺参数优化磨料液体射流加工的材料去除效率及表面粗糙度受许多工艺参数的影响,如图6和图7所示㊂分析和研究磨料液体射流加工工艺参数并进行优㊃8113㊃中国机械工程第26卷第22期2015年11月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.化对充分发挥其抛光性能非常关键㊂李兆泽等[32]研究了射流抛光主要工艺参数对抛光效率和侵蚀形貌的影响:选取喷射角度90°,喷射距离15mm ,抛光液浓度4%,射流速度25m /s,工作时间5m i n ,对平面K 9玻璃进行抛光试验,其表面粗糙度约为2.25n m ,抛光速率可达到30n m /m i n㊂图6 影响材料去除的主要参数T s a i 等[33]对S K D 61进行了磨料液体射流抛光优化试验,获得使工件表面粗糙度达到最佳的加工条件为:粒径为1.6μm 左右的S i C 磨料和水的混合比例为1∶2㊁冲击角度为30°㊁射流压力为0.4M P a ㊁喷射距离为10mm ,其表面粗糙度从1.03μm 减小到0.13μm ㊂M i m u r a 等[43]将单晶4H ‐S i C 的表面抛光到表面粗糙度R M S 值为0.323n m ,表面晶体结构完整㊂Z h a n g 等[44]对K 9玻璃进行了磨料液体射流抛光,表面粗糙度R M S 值达到了0.935n m ㊂而W a n g 等[45]对石英玻璃进行加工,R M S 值达到0.123n m ㊂宋岳干等[46]对0C r 18N i 9S i 不锈钢进行抛光,使得表面粗糙度值从2.203μm 减小到1.195μm ㊂(1)磨粒动能㊂在磨料液体射流过程中磨粒速度越大,其动能也越大,对表面影响也越明显㊂图8所示为对硼酸玻璃进行磨料水射流抛光的试验结果,加工后的表面粗糙度随磨粒动能增大而增大[35]㊂(2)射流压力㊂一定范围内,压力越大,射流速度越高,磨粒能够获得的能量也越大,材料去除量就越大㊂玻璃和环氧树脂复合材料压层板磨料水射流加工试验证明了增大工作压力和磨料流量可以很好地改善加工性能,减小喷射距离和移动速率也能提高加工性能,而喷射角度对加工质量影响不大[34]㊂因此,增大射流过程的动能能够获得更好的表面质量㊂图7 表面粗糙度的研究状况㊃9113㊃磨料液体射流抛光技术研究进展陈逢军 苗想亮 唐 宇等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图8 表面粗糙度与磨粒动能的关系[35](3)磨料㊂对于硬度较高的工件表面,宜采用具有较大磨粒直径和较高浓度添加剂的磨料液;对于硬度较低的工件表面,宜采用磨粒直径较小和添加剂浓度较低的磨料液[37]㊂而增大磨粒硬度则能提高材料去除率和表面粗糙度[38]㊂(4)喷射角度㊂不同喷射角度对材料去除面形会产生影响㊂通过射流抛光喷射角度的仿真模拟分析得出,当射流与工作壁面垂直时,抛光区域整个面形呈W形状分布;随着冲击角度的减小,去除面形呈越来越明显的弯月形状分布[39]㊂喷射角度的大小对侵蚀速率也会产生一定的影响,使用射流速率为106m/s㊁粒径为50μm的A l2O3磨料对铝㊁铝合金㊁不锈钢进行加工,当喷射角度在20°~35°时侵蚀速率达到最高[40]㊂使用粒径为25μm的A l2O3磨粒在有机玻璃上进行微细磨料喷射加工,当喷射倾斜角度为55°时,喷嘴扫描方向工件表面的侵蚀速率影响较大[24]㊂(5)喷射距离㊂喷射距离对材料去除率具有显著影响㊂射流在初始阶段还未稳定,部分磨粒未参与剪切作用,去除量很小㊂当喷射距离达到一定尺寸时,磨料液体射流达到稳定状态,材料去除量增大至最大㊂随着工作距离进一步增大,磨料的动能降低,冲蚀能力下降,从而降低了材料的去除率㊂当喷射距离在8~10mm范围内时,去除效率最高,之后随着喷射距离的增大而减小[36]㊂(6)添加剂㊂添加剂可以较好地改变材料的去除效率㊂例如使用粒径为80μm左右的S i C对玻璃进行磨粒流体射流加工时,当研磨液中加入丙酮酸和磷酸可以使材料去除率大大提高,而加入高分子聚合物聚丙烯酰胺对材料的去除率影响更大[41]㊂Y a n等[42]使用粒径为5μm左右的S i C 磨料对S K D61进行水射流抛光,当使用不涂蜡磨料时表面粗糙度从0.36μm减小到0.054μm;而当使用涂蜡磨料时表面粗糙度减小到0.049μm㊂故使用添加剂可以提高抛光后的表面粗糙度㊂4 磨料液体射流抛光技术的发展趋势图9展示了磨料液体射流抛光技术在各个领域比较重要的研究进程㊂虽然在国内外该技术已获得了较多的研究成果,但还存在许多问题亟待解决㊂(1)材料去除机理的系统性理论研究㊂材料去除机理总体上可以分为微观去除机理和宏观去除机理㊂单个磨粒对材料去除作用的研究是目前微观加工机理的主要研究内容,而射流则表现为磨粒与流体共同对材料的复合作用,而目前并没有成熟的系统化理论㊂对宏观加工机理的研究,目前主要通过试验和仿真来完成,缺少系统的理论公式,很难用于指导磨料液体射流抛光技术的应用㊂因此,将磨料液体射流在宏观方面和微观方面去除机理通过统一化的理论表达出来将成为今后磨料液体射流抛光技术的一个重要研究方向㊂(2)材料去除模型㊂目前国内外已经有部分学者建立了各类磨料液体射流抛光的数学模型㊂但对于射流加工过程中存在的部分用数学模型难以准确描述的复杂现象研究较少,如射流流体中介质耦合㊁磨粒与流体相互作用㊁磨粒相互运动干涉㊁磨粒破碎及磨料对材料多次冲击等微观作用的模型建立与模拟㊂另外,关于射流的类别与结构形式㊁射流的速度及能量分布模型的研究也不多,需要进一步深入研究㊂而且目前建立的多数经验模型也包含了许多未知的参数,很难用于生产实践,对这些模型的进一步改进非常必要㊂(3)磨料液体射流控制方法㊂工艺过程控制策略与控制方法也是磨料液体射流加工的重要研究内容㊂例如将低压或者负压替代高压射流㊁多种磨粒共同作用,低温或高温环境下射流抛光㊁特殊光照射下的特殊材料射流抛光,等等㊂智能化的加工设备和控制系统可以降低对人工操作的依赖性㊁提高加工效率和系统稳定性㊂所以,需要根据不同工艺过程研究出加工设备和系统的不同控制方法㊂另外,应建立磨料液体射流加工的工艺数据库,以在不同条件下实现磨料液体射流加工的控制㊂(4)工艺参数优化的研究㊂对磨料液体射流加工工艺的优化是目前国内外学者研究得最广泛㊁最直接的内容之一㊂由于磨料液体射流抛光的基础与应用的研究还处于初步发展阶段,故对其工艺参数进行深入准确的研究非常必要㊂同时,磨料液体射流周围环境如温度㊁气压等对加工㊃0213㊃中国机械工程第26卷第22期2015年11月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.图9 磨料流体射流抛光发展历程的影响研究很小,而该技术应用于精密超精密加工时,必须考虑这些影响因素㊂另外,复合加工工艺也是现在的研究热点,目前对于磨料液体射流抛光与其他加工工艺的复合工艺研究较少,可以尝试与精密磨削㊁车削㊁铣削㊁其他研抛等工艺的复合,以获得更优的抛光效果与效率㊂(5)磨料液体射流抛光技术应用领域的扩展㊂由于磨料液体射流抛光技术尚待完善,且加工成本较高,故目前只是应用在部分科技领域,在高科技军事方面应用较少㊂随着新材料㊁新结构㊁新要求的产品制造技术不断涌现,部分传统制造技术无法满足要求时,磨料液体射流抛光技术能够凭借其独特的优势发挥其作用㊂此外,磨料液体射流技术在微型零件的应用领域可以进一步扩展,尤其是微型光学非球面元件的制造领域㊂参考文献:[1] 邵飞,刘洪军,马颖,等.磨料水射流抛光技术及其发展[J ].表面技术,2007,36(3):64‐66.S h a o F e i ,L i u H o n g j u n ,M a Y i n g ,e ta l .P o l i s h i n g T e c h n i q u e s a n dD e v e l o pm e n t o fA b r a s i v e W a t e r J e t [J ].S u r f a c eT e c h n o l o g y ,2007,36(3):64‐66.[2] 马占龙,刘健,王君林.射流抛光材料去除机理及影响因素分析[J ].应用光学,2011,32(6):1206‐1211.M aZ h a n l o n g ,L i uJ i a n ,W a n g J u n l i n .M a t e r i a lR e -m o v a lM e c h a n i s ma n dI n f l u e n c eF a c t o ro fF l u i dJ e tP o l i s h i n g [J ].J o u r n a lo f A p p l i e d O p t i c s ,2011,32(6):1206‐1211.[3] 张玲花.射流抛光用于纳米深度修形[J ].光机电信息,2011,28(3):1‐5.Z h a n g L i n g h u a .J e tP o l i s h i n g fo rN a n o ‐m o d i f i c a t i o n [J ].OM EI n f o r m a t i o n ,2011,28(3):1‐5.[4] 方慧,郭培基,余景池.液体喷射抛光材料去除机理的研究[J ].光学技术,2004,30(2):248‐250.F a n g H u i ,G u oP e i j i ,Y uJ i n g c h i .R e s e a r c ho n M a t e -r i a lR e m o v a lM e c h a n i s mo fF l u i dJ e tP o l i s h i n g [J ].O p t i c a lT e c h n i q u e ,2004,30(2):248‐250.[5] S o n g X i a o z o n g ,Z h a n g Y o n g ,Z h a n g F e i h u .S t u d y on R e m o v a l M e c h a n i s m o f N a n o pa r t i c l e C o l l o i d J e t M a c h i n i n g[J ].A d v a n c e d M a t e r i a l sR e s e a r c h ,2008,53/54:363‐368.[6] 刘增文,黄传真,朱洪涛.高压磨料水射流加工中材料去除机理研究[J ].金刚石与磨料磨具工程,2010,30(4):21‐29.L i u Z e n g w e n ,H u a n g C h u a n z h e n ,Z h u H o n g t a o .M e c h a n i s m o f M a t e r i a lR e m o v a lb y H i ghP r e s s u r e A b r a s i v eW a t e r j e t [J ].D i a m o n d &A b r a s i v e sE n g i -n e e r i n g,2010,30(4):21‐29.[7] 施春燕,袁家虎,伍凡,等.射流抛光误差分析与材料去除稳定性研究[J ].光学学报,2011,31(1):170‐174.S h i C h u n y a n ,Y u a n J i a h u ,W uF a n ,e t a l .R e s e a r c ho f E r r o r sA n a l y s i sa n d M a t e r i a lR e m o v a lS t a b i l i t y in F l u i d J e tP o l i s h i n g [J ].A c t aO p t i c aS i n i c a ,2011,31(1):170‐174.[8] 施春燕,袁家虎,伍凡,等.射流抛光喷嘴的设计[J ].光电工程,2008,35(12):131‐135.S h i C h u n y a n ,Y u a nJ i a h u ,W uF a n ,e t a l .N o z z l eD e -s i g no f F l u i d J e t P o l i s h i n g [J ].O p t o ‐e l e c t r o n i cE n g i -n e e r i n g ,2008,35(12):131‐135.[9] B a r l e t t a M ,G u a r i n oS ,R u b i n oG ,e t a l .P r o gr e s s i n F l u i d i z e dB e dA s s i s t e dA b r a s i v e J e tM a c h i n i n g (F B ‐A J M ):I n t e r n a lP o l i s h i n g ofA l u m i n i u m T u b e s [J ].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fM a c h i n eT o o l s&M a n u f a c -t u r e ,2007,47(3/4):483‐495.[10] 徐州浩通水射流科技有限公司.一种前混合磨料㊃1213㊃磨料液体射流抛光技术研究进展陈逢军 苗想亮 唐 宇等Copyright ©博看网. 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环保节能
使用水作为工作介质，具有环保和节能的 优点。
磨料水射流切割应用领域
汽车制造
用于汽车零部件、发动机零件 等的切割。
玻璃制品
用于玻璃制品的切割和加工。
航空航天
用于飞机零部件、火箭发动机 等精密零件的切割。
石油化工
用于管道、容器等金属材料的 切割。
医疗器械
用于医疗设备的制造和维修中 的精密切割。
水射流压力控制及调整方法
总结词
水射流压力的精确控制和调整对提高磨料水射流切割质量至关重要。
详细描述
通过使用高精度压力传感器和控制器，实现对水射流压力的精确控制。同时，根据切割要求和材料特性，对水 射流压力进行实时调整，以获得最佳的切割效果。
切割工艺参数优化及控制方法
总结词
优化切割工艺参数并实现其精确控制是提 高磨料水射流切割质量的必要手段。
推动新型切割技术的发展
磨料水射流切割技术作为一种新型的切割技术，具有很大的 发展潜力和应用前景。对其进行深入研究，可以推动新型切 割技术的发展，为我国的工业加工技术水平的提升做出贡献 。
02
磨料水射流切割技术概述
磨料水射流切割原理
01Biblioteka 0203高压水射流形成
通过高压泵将水加压至较 高压力，形成高速射流。
03
磨料水射流切割机理研究
磨料粒子运动规律
1 2 3
磨料粒子在高压水流中的运动
在磨料水射流中，磨料粒子在高压水流的带动 下，以极高的速度运动，对目标表面进行冲击 和切割。
磨料粒子在流场中的分布
磨料粒子在流场中的分布受到流场速度、压力 、方向等多种因素的影响，这些因素会影响到 磨料水射流的切割效果。
磨料水射流切割技术的出现

《高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的试验研究》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，玻璃纤维增强塑料（GFRP）因其优异的性能在航空、汽车、建筑等领域得到了广泛应用。

然而，对于这种材料的切割加工，传统的方法往往存在效率低下、切割质量差等问题。

高压磨料水射流切割技术以其高效、精确和环保的特点，为解决这一难题提供了可能。

本文通过试验研究，深入探讨了高压磨料水射流切割玻璃纤维增强塑料的工艺参数及性能表现。

二、试验材料与方法1. 试验材料试验所使用的玻璃纤维增强塑料材料来源于市场上的标准样品。

该材料具有优异的力学性能和化学稳定性，适用于各种切割加工需求。

2. 试验设备试验采用的高压磨料水射流切割设备包括高压泵、喷嘴、切割头等部分。

其中，高压泵提供稳定的射流压力，喷嘴负责将水流聚焦成高速射流，切割头则用于控制切割轨迹。

3. 试验方法（1）根据不同的工艺参数（如射流压力、磨料类型和浓度等），进行多组切割试验。

（2）记录各组试验的切割速度、切割质量等数据。

（3）通过扫描电子显微镜（SEM）观察切割表面的微观结构，分析切割质量。

三、试验结果与分析1. 切割速度与质量试验结果表明，随着射流压力的增加，切割速度显著提高。

然而，过高的射流压力可能导致切割表面质量下降，出现裂纹、毛刺等问题。

在合适的射流压力下，添加适量的磨料可以进一步提高切割速度和质量。

2. 切割表面微观结构通过SEM观察发现，高压磨料水射流切割的玻璃纤维增强塑料表面具有较小的热影响区和较低的表面粗糙度。

与传统的机械切割方法相比，水射流切割能更好地保持材料的原始性能。

3. 工艺参数优化综合考虑切割速度、表面质量和设备成本等因素，可以得出最优的工艺参数组合。

在保证切割质量的前提下，选择适当的射流压力和磨料类型及浓度，以实现高效、环保的切割加工。

四、讨论与展望1. 讨论高压磨料水射流切割技术在切割玻璃纤维增强塑料时表现出明显的优势。

其高速、高精度的特点能有效提高生产效率，同时减少对材料性能的破坏。

第7期
机械设计与制造

2021年7月
Machinery Design & Manufacture
137
磨粒流抛光弯管的数值模拟与试验优化
刘洋，李俊弊，苏宁宁，朱旭 (长春理工大学机电工程学院，吉林长春130022)
摘 要:针对当前复杂零件难以精密加工的问题，运用磨粒流技术进行光整加工,考虑入口压力和颗粒浓度双因素对磨粒
Abstract：Zn order to solve the problem cfcomplex parts that are difficult to be precisely machined, abrasiveflow technology was
used to perform the finishing process. The influence of two-factors inlet pressure and particle concentration on the abrasive flow processing were taken into consideration, and the elbow was selected as an object. Based onfluid mechanics theory, the simula­ tions of the velocity, turbulent kinetic energy, and total pressure at different inlet pressures and particle concentrations were per­ formed, After a comparative analysis, it was concluded that when the inlet pressure is 6MPa and the particle concentration is 10%, the abrasive grainflow has the best polishing effect. According to this parameter, the abrasiveflow polishing test was con­ ducted. The results show the roughness of the inner surface of the elbow is reduced, but the surface roughness at the outlet was higher than the inlet. Therefore, the outlet was selected as the inletfor abrasive grains and the test was repeated.