磨料水射流表面抛光技术的理论及实验研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 常见抛光方法
• 1.2.1 手工抛光
• 1.2.2 机械抛光
• 1.2.3 离子束抛光
• 1.2.4 磁流变抛光
• 1.2.5 电化学抛光
• 1.2.6 化学抛光
• 1.3 磨料水射流抛光技术及发展趋势
• 1.4 本课题的研究目的、意义及主要研究内容
• 1.4.1 问题的提出
• 1.4.2 研究目的、研究意义
• 1.4.3 研究内容
• 2 磨料水射流技术及理论
• 2.1 水射流技术
• 2.1.1 水力参数
• 2.1.2 切割参数
• 2.2 流体的基本性质
• 2.2.1 流体的三相状态
• 2.2.2 流体的可压缩性
• 2.2.3 流体的粘性
• 2.2.4 流体力学的基本方程
• 2.3 磨料水射流技术
• 2.3.1 磨料水射流概述
• 2.3.2 磨料水射流系统
• 2.4 磨料水射流的加工机理
• 2.4.1 磨料水射流加工的工作原理
• 2.4.2 磨料水射流加工的机理分析
• 2.5 本章小结
• 3 磨料水射流表面抛光技术的理论研究
• 3.1 表面抛光技术
• 3.1.1 表面抛光技术的概念
• 3.1.2 表面抛光技术的特点
• 3.2 磨料水射流表面抛光技术
• 3.2.1 水射流结构
• 3.2.2 磨料水射流结构
• 3.2.3 水射流对工件表面的力学影响
• 3.2.4 磨料水射流表面抛光机理
• 3.2.5 磨料水射流抛光对材料表面的强化作用
• 3.3 磨料水射流抛光模型的研究
• 3.4 磨料水射流工艺参数对抛光的影响分析
• 3.4.1 水射流冲击压力对抛光的影响
• 3.4.2 射流靶距对抛光的影响
• 3.4.3 喷射角度对抛光的影响
• 3.4.4 磨料粒子类型、颗粒直径对抛光的影响
• 3.4.5 磨料浓度及分布对抛光的影响
• 3.4.6 工件表面形状对抛光的影响
• 3.5 本章小结
• 4 磨料水射流抛光工艺参数对抛光表面质量实验研究
• 4.1 实验方案
• 4.2 实验设备和测试仪器
• 4.3 正交试验设计
• 4.3.1 正交试验因素及水平选定
• 4.3.2 正交试验表的建立
• 4.4 磨料水射流抛光正交试验的直观分析
• 4.4.1 极差计算
• 4.4.2 极差分析
• 4.5 正交试验设计的方差分析
• 4.5.1 方差计算
• 4.5.2 方差分析
• 4.6 本章小结
• 5 磨料水射流抛光模具钢工件表面的实验研究
• 5.1 实验方案
• 5.2 实验测试仪器
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 微磨料水射流对工件表面抛光作用
• 5.3.2 抛光时间及磨粒尺寸对抛光性能的影响
• 5.3.3 添加液（水腊）浓度对抛光性能的影响
• 5.3.4 蜡敷磨粒的抛光性能
• 5.3.5 抛光对工件表面硬度的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研科研情况
• 致谢