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磨料射流切割表面波纹的成因分析及其建模研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-01  来源:中国雕刻机网  浏览次数:1345

  水射流切割技术在推广应用中的一个瓶颈问题就是在切割表面存在明显的波纹区域和粗糙度。目前,对波纹区域的成因许多学者观点不一。概括地说,主要包括三种:射流对靶材切割模式的变化引起了波纹的形成;射流中能量分布不均匀导致切割过程中波纹的形成;切割系统的振动使得切割表面形成波纹。

  对于材料的切割模式及波纹形成的机理,Hashish所阐述的理论(即上述第一种波纹的成因)被人们广泛接受。他用高速摄影机记录下了以有机玻璃为切割靶材的切割过程,发现材料的去除过程是一个循环穿透过程,在该循环切割过程中包括两种切割模式:切割磨损模式和变形磨损模式。如所示,材料切割过程包括三个阶段:进入阶段(EntryStage)循环切割阶段(DevelopedKerfingStage)及退出阶段(ExitStage)在切割磨损模,射流中的磨粒以低攻角撞击靶材,而在变形磨损模磨粒以高攻角撞击靶材,材料的切割方式是以上述两种模式循环进行的,即在临界高度hc以上是稳定的材料去除过程,随着切割的深入,逐渐过渡到材料的不稳定切割状态,该切割状态的出现,导致了材料切割面上波纹的形成。对于第二种观点,可通过改进工艺方法,使其能量趋于均匀从而对材料表面波纹度的影响降低,在此不做详细叙述。本文着重对第三种观点进行讨论并在此基础上进行建模研究。

  1振动及其对磨料射流切害质量的影响1.1磨料射流切割过程中的振动源在射流切割过程中的振动源主要分为两种:来磨料射流切割的三个阶段自工件的振动和切割头本身的振动121.在高速射流切割工件后,射流内部仍会存在一部分残余能量,切割机床的集箱在吸收射流能量的过程中会存在反溅现象。当集箱中的水发生反溅时会引起机器相当大的振动,而磨料射流切割机床中固定工件的装置与集箱通常连接为一体,这使得工件会随着集箱的振动而引发振动。另一方面,在切割工件过程中,磨料射流也会因运动系统等引起的切割头的振动而产生振动,因射流的振动不便直接测量,考虑到射流流速高,可将射流近似看作一个刚性体,在这种假设下,可认为切割头的振动与射流振动同步,通过测量切割头的振动来间接得到射流的振动是合理的31.通过测量切割头的振动信号,可获得其振动的频率和振幅。结果表明,其振动幅度<35Mm,振动频率<20Hz.如所示。

  1.2系统振动对切割表面波纹影响的理论及对称于射流轴心的,而是如(b)所示形状。这就提示人们波纹与射流路径的波动有关,是由射流振动引起的。

  应发生变化。

  基于以上因素,特别是从第二点分析出发,本文拟建立一种波纹度模型,确立喷嘴振动频率和振幅与切割表面波纹度之间的关联模型。

  2切割表面波纹度模型的建立如所示,假设射流振幅为A频率为f射流直径为d将射流振动的轨迹简化为折线,则根据图示,可由几何关系推导出射流因振动而引起的波纹度Rw切口两侧波纹形状示意图切割喷头上在不同切割速度下测得的能谱与切割表面波纹的能谱关联度很大,其频率趋于相同。

  故认为波纹度的产生受切割喷头振动影响较大。

  实验证明,通过对工件固定装置设计的改变即当固定工件的装置与集箱相对独立安置、固定时,由其他切割参数相同的对比试验证明工件振动源减少后,工件表面的加工质量提高,波纹度减小。这说明工件振动与波纹度是密切相关的。

  改变射流喷嘴直径,切割表面波纹幅度也相(下转第69页)71994-2015ChinaAcademicJournal + A0Pe(4*)将式(28)与式(21)比较,可以很清楚地看到,在系统中加入一定的阻尼后,单位流量脉动引起的压力脉动幅值明显减少,降低了压力脉动。

  3结论在分析液压泵流量脉动的基础上,讨论并比较了系统两种情况下的压力脉动。在系统中加阻尼后,能起到阻容滤波的作用,在一定程度上减小了压力脉动的幅值,为今后研究液压系统中由于流量脉动引起的压力脉动提供了方便。

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