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磨料水射流表面抛光技术的理论及实验研究

袁卓林  
【摘要】: 磨料水射流表面抛光技术是在磨料水射流加工技术的基础上发展起来的集流体力学,表面技术于一体的一种新型密集加工技术。磨料水射流表面抛光技术作为一种新型的精密抛光技术,其具有的独特优势使其可以在各种难以抛光材料的抛光中发挥作用。 论文以磨料水射流理论为基础,对磨料水射流表面抛光技术进行了详细研究。论文建立了磨料水射流表面抛光模型。理论研究表明,磨料水射流去除材料的四种作用模式分别为变形、压力波传播、横向喷射、水压的穿透作用。磨料水射流冲蚀工件表面时,磨料粒子与工件表面的塑性剪切冲蚀过程可分为弹性滑擦、耕犁和微切削三个阶段。磨料水射流对工件表面的抛光主要受射流压力、靶距、喷射角度、磨料粒度、磨料浓度及分布等工艺参数的影响。磨料水射流的基本段用于工件抛光比较有利。 由于被抛光工件材料众多,对抛光工艺的影响参数较复杂,因此,论文采用正交试验法对影响抛光质量的工艺参数进行了实验研究。研究表明:喷射角度和喷射压力水平改变对工件表面粗糙度有高度显著的影响;靶距的水平改变对工件表面粗糙度有一定的影响;磨料浓度的水平改变对工件表面粗糙度没有显著的影响。较优的水平组合是磨粒浓度(1:2)、喷射角度(30°)、射流压力(4Mpa)、靶距(10mm)。 论文对微磨料水射流抛光模具钢4Cr5MoSiV1工件表面进行了实验研究。研究表明,微磨料水射流对工件表面具有良好的抛光作用,并能在抛光的同时提高工件表面硬度、表面的疲劳强度,且硬度低的工件表面效果较为明显。研究还表明,应用微磨料水射流进行工件表面抛光时,磨料液、抛光时间以及被抛光工件材料以及工件表面原始粗糙度等对抛光效果有重要影响。为了提高抛光精度和效率,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。对于较低硬度的工件表面,采用蜡敷磨粒的磨料液可缩短抛光时间和提高抛光的表面精度。 微磨料水射流抛光技术的研究和应用具有重大理论意义和实用价值,具有广泛市场前景。


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