磨料水射流对大理石切割能力的试验及仿真研究

摘要

磨料水射流加工是一种高效、环保的加工方法。因其工艺适应性强、切口质量好，近年来这项技术得到了迅速发展。在工业生产加工中表现出了传统加工无法比拟的优势。本文通过磨料水射流切割莱阳绿大理石材料的试验，以及多颗粒磨料粒子对大理石材料的切割过程的模拟仿真，深入研究高压磨料水射流切割大理石的破坏过程以及高压磨料水射流各加工参数对大理石材料切割深度的影响。
　　本文以磨料水射流理论为基础，研究磨料水射流对硬脆材料的切割机理。对磨料水射流喷嘴进行了改进，从而使得磨料与水混合更均匀，提高喷嘴的使用寿命。分析磨料水射流对硬脆材料的切割过程，主要包括水射流对材料的水楔作用、磨料颗粒的撞击和磨削作用以及磨料对加工表面的微细加工作用。通过正交试验，得出影响磨料水射流加工的主次要因素依次为水射流压力、磨料流量和靶距。通过单因素试验得出：当水射流压力增大时，切割深度在一定范围增加明显，继续增大压力时，增加不明显；当靶距增加时，切割深度先增加后减小；当磨料流量增加时，切割深度先增大后减小。
　　多磨料颗粒射流切割过程的仿真采用光滑质点动力学法(SPH)与传统有限元法(FEM)耦合建模，模拟多颗粒磨料水射流对大理石的切割过程。通过对不同加工参数的仿真，分析验证单因素射流压力试验结果与多磨料颗粒仿真结果变化趋势较为一致，并分析了对靶距和磨料流量仿真与试验结果偏差的原因。验证了在磨料水射流的切割机理研究中水楔作用和磨料干涉作用对最大切深的重要影响。
　　通过对磨料水射流各加工参数试验和仿真，总结了各工艺参数对磨料水射流切割硬脆材料过程的影响规律，为磨料水射流实际应用中的工艺参数优化提供了参考。

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第1章 绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2 高压磨料水射流加工技术的优点及应用范围

1.3 水射流技术发展概况

1.4 磨料水射流技术国内外的研究现状

1.5 课题的主要研究内容

第2章 磨料水射流加工系统及理论分析

2.1 磨料水射流加工原理

2.2 磨料水射流加工系统构成

2.3 射流喷嘴的改进

2.4 高压磨料水射流基本结构及基本参数

2.5 磨料水射流理论研究

2.6 本章小结

第3章 磨料水射流加工参数对切割深度的影响试验研究

3.1 磨料水射流试验装置

3.2 试验材料

3.3 试验设计

3.4 试验结果与分析

3.5 磨料水射流切割大理石的正交试验方案

3.6 极差和方差分析

3.7 本章小结

第4章 多颗粒磨料加工大理石材料的仿真研究

4.1 仿真软件的选择

4.2 SPH方法及与有限元法的耦合

4.3 基于SPH方法的ANSYS/LS_DYNA仿真过程

4.4 不同参数条件下的仿真结果

4.5 多颗粒磨料射流仿真结果验证及分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢