磨粒高速沖擊陶瓷的響應和磨料水射流車削工藝參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、針對現(xiàn)有磨料水射流車削研究中存在諸如硬脆材料車削性能和車削機理研究較少、車削性能模型不具有通用性、車削工藝參數(shù)多目標優(yōu)化模型欠缺等問題，本文主要研究了磨粒高速沖擊陶瓷的響應和磨料水射流車削工藝參數(shù)優(yōu)化。實驗研究了磨料水射流的車削性能，揭示了車削工藝參數(shù)對車削性能的影響。研究了磨料粒子高速沖擊氧化鋁陶瓷的響應，揭示了材料沖擊過程的微觀機理。建立了基于有限元法的磨料水射流車削陶瓷的切除深度通用模型，研究了車削工藝參數(shù)及其交互作用對切除深度和

2、表面粗糙度的影響，解決了徑向模式車削中難以控制切除深度的難題。建立了磨料水射流車削陶瓷的工藝參數(shù)優(yōu)化模型。這些研究成果將為徑向模式磨料水射流車削陶瓷等硬脆材料提供重要的理論基礎和技術保障。
　　實驗研究了磨料水射流車削氧化鋁陶瓷的主要工藝參數(shù)對材料切除深度和材料去除率的影響。結果表明，噴嘴橫向移動速度和水射流壓強對切除深度和材料去除率的影響較大，靶距和工件表面線速度對切除深度和材料去除率的影響較小;研究了磨料水射流車削氧化鋁陶瓷的

3、材料去除機理。結果表明，以較小的噴嘴傾斜角度車削時，陶瓷的主要去除機理是塑性剪切，以較大的噴嘴傾斜角度來車削時，陶瓷的主要去除機理是脆性斷裂。
　　研究了磨料粒子高速沖擊氧化鋁陶瓷時的沖擊響應。建立了三維單顆磨料粒子沖擊氧化鋁陶瓷的有限元模型。基于有限元模型獲得了磨料粒子的沖擊動能效率。結果表明，磨料粒子的沖擊動能效率隨著沖擊速度、噴嘴傾斜角度和磨粒尺寸的增加而增大，磨料粒子的沖擊動能效率越大，表明磨料粒子的沖擊能力越強;通過有限

4、元模型分析了不同沖擊速度和不同噴嘴傾斜角度下，靶材在不同時刻的應力分布。沖擊后的靶材表面單元受壓應力，非沖擊表面單元受拉應力;研究了不同形狀磨料粒子高速沖擊氧化鋁陶瓷的響應。結果表明，球形和圓錐形磨料粒子的沖擊動能效率較高，沖蝕凹坑體積和深度較大。立方體形和圓柱體形磨料粒子的沖擊動能效率較低，沖蝕凹坑體積和深度較小。磨料粒子形狀對沖蝕凹坑體積、凹坑深度和沖擊動能效率三者的影響趨勢一致;建立的三維磨料粒子高速沖擊氧化鋁陶瓷的有限元模型能較

5、好地預測沖蝕凹坑體積和沖蝕凹坑深度。結果表明，不同沖擊速度、不同噴嘴傾斜角度和不同磨料尺寸下的沖蝕凹坑體積和沖蝕凹坑深度的預測值與實驗值基本吻合。
　　研究了單顆磨料粒子高速沖擊陶瓷的微觀去除機理。結果表明，其主要去除機理是裂紋分叉和聚合以及微孔洞;研究了不同排布的四顆磨料粒子高速沖擊陶瓷的沖擊響應。結果表明，四顆磨料粒子高速沖擊氧化鋁陶瓷時，磨料粒子產(chǎn)生的應力波疊加和耦合作用是陶瓷表面材料大范圍去除的主要機理;建立了磨料水射流車

6、削氧化鋁陶瓷的切除深度通用模型。切除深度預測值與實驗值具有較好的一致性，兩者之間的平均相對誤差小于15％。
　　利用響應曲面法研究了磨料水射流車削氧化鋁陶瓷的工藝參數(shù)建模和優(yōu)化。研究了磨料水射流工藝參數(shù)之間的交互作用對切除深度和表面粗糙度的影響。結果表明，在較小的噴嘴橫向移動速度和較大的水射流壓強條件、較小的噴嘴橫向移動速度和較大的磨料流量條件，或較小的噴嘴橫向移動速度和較大的靶距條件時，切除深度最大。由于二次方效應，當水射流壓強