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        水切割機的磨料供給系統及其參數對切割特性的影響
        來源: 時間:2022-05-09 瀏覽:6147
        水射流加工系統中對磨料供給的流量和穩定性控制是提高整體其加工系統性能的關鍵因素。磨料水射流主要是利用水射流在噴頭中的高速流動使水噴嘴和磨料噴嘴之間的形成一定的壓力差,從而利用真空吸力和磨料的自重將磨料吸入來完成磨料與水的混合。

         通常情況下磨料是由位于系統上發的磨料罐內存放,當控制閥打開時,磨料順軟管

        進入射流系統,尤其進入系統的位置可分為前混合與后混合。

            磨料在切削過程中的作用

              在磨料水射流混合切割中,磨料在切割加工中承擔了90%以上的切割任務。因此,研究磨料參數對物料的切割能力的影響有一定的實際意義。

              (1)磨料在射流中的受力情況:磨料在混入水射流后,就會受水射流的作用力開始運動,其運動過程可用一個小球體在一個恒流場中的受力狀態來表述。根據流體力學理論中斯托克斯公式,球體在以v為速度的流體作用下受到的作用力為:

          

              公式中可以看出材料所受的作用力一般小于實際作用力,即便如此,磨料也可在較短的時間內達到流體的速度。

              (2)磨料射流中在切割過程中的作用:磨料水射流是以高壓水為載體,磨料為核心的切割方式。由于磨料質量比水大又具有棱角,因此磨料被高壓水射流加速運動對物料的切削能力要比同等條件下的純水射流大得多。

              實際上當切削液從噴嘴中射出的時候,其都處于紊流狀態,磨料粒子在切削液中隨機取取切割方向,對材料的沖擊角度是任意的。當磨粒以銳角沖擊材料時,類似于空間半無限體上受法向集中沖擊載荷。當磨粒以鈍角沖擊材料時,類似于空間半無限體上受

        法向球體集中沖擊載荷。這兩種沖擊都將在載荷接觸區周圍產生拉應力,}在載荷正下方某一深度產生最大剪應力。當磨粒入射速度超過材料的門檻限限時,將多在磨粒沖擊范圍內存在缺陷處產生徑向或橫}i脆性裂紋(或塑性流變),此時一般不發生材料的大量剝禧。隨著連續不斷的磨粒沖擊起到持續加載作用,一促進了新裂紋的萌生和舊裂紋的擴展。同時,裂紋形成后,高壓水進入裂紋空何,在水楔作用下裂紋尖端產生拉應力集中,促使裂紋快速擴展,造成材料裂紋裂紋的萌生、擴展和交匯進而大量剝落,完成對材料的切削。

        此外、磨料在水射流中是不連續的,由磨料顆粒組成的高速粒子流對被切材料產生高頻沖擊作用,使磨料水射流的切割能力也大為提高。

        磨料的參數對切割性能的影響

        通常情況下切割不同的材料對磨料的要求也不一祥,粒度大的磨料,適用于來切割如鋁、塑料等較軟的材料。粒度小的磨料適于用來切割象鋼一類的較硬的材料。

        (1)磨料的類型對切割深度的影響:硬度是磨料切割能力關鍵指標。在切割材料的過程中,磨料的硬度大,切割深度就會越深。這是因為磨料射流切割材料,其主要破壞形式就是沖蝕切削。在壓力不變的情況下,磨料的流量一定,磨料的硬度越高,其強度就越高,沖蝕能力越強。

         80目的硅砂、石榴石、金剛砂作為磨料,選擇靶距L=3.5mm,噴嘴橫移速度為6m/s

        壓力為380Mpa對加工陶瓷作切割加工得到的切深數據如下表4-l:


        3種硬度不同的磨料所達到的切割深度比較來看,磨料的硬度大,其切割的深度就會顯著增加。但是,在實際的切害}J加工過程中,還要考慮磨料的經濟性和對磨料噴嘴的磨損等影響。因此,應盡量選擇硬度較低的磨料。此外,還應當控制磨料的流量,既要考慮切割的速度,又要保證磨料噴嘴的使用壽命。

         (2)磨料的類型對切割深度的影響:由公式可知,在磨料顆粒假設是圓球形的條件下,磨料粒徑越大,作用力越大,對物料的打擊力也越大。但事實上磨料顆粒具有棱角的。因此,當磨料粒度增大、磨料顆粒的外形表面相對較光時,由于其切割棱角減小,切割能力反而有所下降,使切割深度較淺。

         通常情況下,磨料對被切割材料的總打擊力F二與單位面積內磨料接觸材料數量有關。當磨料粒徑減小時打擊力Fm增加,單位面積內接觸數量增多,破壞能力增強,切割深度增加。但是,若磨料的目數過小,其形不成有效地能量傳遞過程,反而會降低系統的切削能力。

              (3) 水射流的二相混合:磨料水射流主要是將低速的磨料與高速流動的水射流的相混和,從而使低速的磨料也獲得高速動能,并由高速水夾帶一起射出,形成磨料水射流。當磨料顆粒進入混合管中,由于磨料與水流存在速度差,磨料將受到加速,直到速度平衡。


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