冰粒射流工艺及装备的基础研究.pdf

西安工业学院
硕士学位论文
冰粒射流工艺及装备的基础研究
姓名:赵陆
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:李福援;范植坚
20050301
蓼孑分锡研究生签字:赵强冰粒射流工艺及装备的基础研究摘要高速射流引射冰粒介质,通过喷嘴的混合腔二级喷嘴来给冰粒加速,从而进行射流作业,因此喷嘴是射流技术中获得高能量利用率的关键部件之一。在借鉴喷射泵工作原理和基本方程推导的基础上,对冰粒气射流喷嘴进行了结构设计,然后设计平台与数据的采集、分析、处理及结果表达有机的结合起来,来提高工作状引射介质为纯水、磨料这两种情况。通过试验得出,冰粒水射流的加工效果是介磨料水射流,但是其对工件也有一定的加工效果。冰粒射流对工件的去除量随着加工时间的增加而增大,表面粗糙度月苍嚼丛叫 7治龅贸霰I淞鞑コ冰粒射流对零件表面的光整加工的效果虽然不如磨料射流,但和其相比具有独特的优势,例如,不必分离磨料,无污染,工件表面无划痕,加工变质层小。学科:机械制造及其自动化冰粒射流就是在射流中混入冰粒,使冰粒加速,利用这些具有较大动量的冰粒加工工件,可以有效提高射流作业效率和射流作业能力,并且冰粒射流的加工温度低、清洁度高。喷嘴是形成射流工况的直接部件,是射流系统中把高压能转变为动能的一种装置。通过喷嘴能将管路中高压而低流速的工作介质转化成低压而高流速的射流,利用交试验设计方法对喷嘴的性能进行优化从而得出实用的喷嘴结构参数。冰粒的粒度和硬度都是对于温度十分敏感的,引射介质的压力、流量对加工效果也是很重要的,需要能同时测试温度、压力、流量等七个参数。因此在测量方面引入虚拟仪器的技术。在系统的开发过程中,采用公司的菥奂卡为核心器件,利用图形化编程语言腥砑慰7ⅲḿ扑慊砑本文进行了工作介质为水、气时不同的冰粒射流工艺能力试验,并分别比较于纯水射流和磨料射流加工的一种比较有效的方法;冰粒气射流的加工效率不如量的主要原因是对铝的氧化膜的冲击及疲劳破坏。关键词:冰粒射流;喷嘴;虚拟仪器;指导教师签字态的测量能力。
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主要符号表重力加速度喉管距长度任意截面内单位区域内流体质量空气的质量流量混合物的质量流量质量速度系数喷嘴半径任意截面到喷嘴的距离折算等熵速度相对温度蹋琗七射流截面面积临界速度射流截面上点到中心的距离当量弹性模量流体的截面积质量流量喷嘴出口断面上射流动量流体的焓动量修正系数边界层中混合物的质量分数体积流量射流横截面半径任意断面核心区射流半径容重喷射系数速度射流系数加工强度作用力绝热指数面积比压力流量比仉爿卅行艨￡
相对压力喷嘴出口处的空气的速度边界层中任一点的速度午考讣浮耄ァ雚‰相对比容流速系数喷嘴出口处射流速度喷嘴进口处空气的速度射流内任意点流体速度空气的密度混合物的密度西安笛г核渡涎宦垡
髀射流技术的概述压、大功率、小型化等方向发展,所使用的材料越来越难加工、零件形状越来越复杂、表面粗糙度和某些物理性能要求也越来越高。要解决上述一系列要求带来的工艺问题,仅仅依靠传统的切削方法就很难实现,甚至根本无法实现。水射流加工技术就是在这种前提下产生和发展起来的一种新型特种加工方法。水射流是世纪初开始发展起来的一门新兴技术。它是以水为介质,通过增压设备和特定的喷嘴产生高速射流束,并具有极高的能量密度。高压水射流与激光束、电子柬和等离子束统称为高能束加工技术,其中高压水射流是唯一的冷切割加工技术。高压水射流不仅加工范围宽,如可以切割各类金属、非金属、塑性或脆性硬材料;而且工艺简单,工件材料的物理、机械性能不会破坏。纪年代,水射流技术开始向高压方向发展。在这一阶段,大批柱塞泵和增压器畲笱沽Ω叽,日本适溃币渤鱿至寺龀迳淞鞣⑸最高压力达八樟:兔拦。至年代,由于水射流加工的独特优点愈来愈明显,加工超高压系统的日趋完善,世界上先进工业国家都在竟相开展水射流加工的应用,至今水射流的应用范围发展很快,几乎适用于加工所有的材料,除钢铁、铝、铜等金属材料外,还可以加工特别硬脆、很薄、很软或切屑飞扬的非金属材料,如塑料、皮革、纸张、布匹、木材、石棉、大理石、玻璃、陶瓷、橡在普通机械加工业领域中,可用于各种金属珙选⒙痢㈩狻⑼⑻⒏跄合金等透髦指春喜牧稀⒐ひ堤沾傻炔牧系那懈睢⒋蚩缀颓胁鄣燃庸ぁ在汽车工业领域中,瑞典倒臼堑谝桓霾捎盟淞骷庸ぜ际醯汽车企业。在世纪年代初,水射流切割已在美国的汽车工业中广泛采用。普遍用来切割石棉刹车片、橡胶基地毯、复合材料板、玻璃纤维增强塑料等材料,并用于加工各种零部件:底盘、车箱、仪表盘、罩盖、车门等。在航空工业领域中,水射流加工技术已广泛用于纤维增强复合材料和钛合金交叉孔和盲孔上的毛刺,而不会引起其表层组织的变化。在航天工业领域中,水射流加