熱力輔助射流切割的仿真模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，高強(qiáng)度和耐熱材料逐步應(yīng)用于航空航天以及高精尖端領(lǐng)域，這些材料往往是具有高強(qiáng)度和低熱導(dǎo)率而難以被機(jī)械加工的，需要非常高的切割能量，且切割時產(chǎn)生大量熱導(dǎo)致刀具的損壞。磨料射流技術(shù)在近二十年正在被市場逐步推廣，因其切割成本低和斷面質(zhì)量好而著稱，但切割時所需能量也較高，斷面易形成拖尾，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
　　針對上述問題，本文提出了熱力輔助射流切割靶物金屬的方法，以45號鋼作為研究對象，通過外接熱源局部或整體的對靶物

2、金屬進(jìn)行加熱處理，后利用前混合磨料水射流切割機(jī)進(jìn)行切割，并對切割后的靶物金屬進(jìn)行分析研究，通過試驗(yàn)研究外部熱源與磨料射流切割靶物金屬的耦合影響，并與單一磨料射流切割金屬靶物進(jìn)行比較分析，研究熱力輔助射流切割金屬靶物的可行性。
　　首先，基于正交試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了局部加熱輔助射流切割混合水平正交試驗(yàn)，并利用擬水平法對試驗(yàn)進(jìn)行處理，利用光切法高倍顯微鏡對斷面的不平度平均高度進(jìn)行觀測，得出局部加熱金屬斷面的質(zhì)量隨著靶物加熱溫度的增加而降低

3、。針對局部加熱試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了整體加熱金屬靶物輔助射流切割加工的混合水平正交試驗(yàn)，著重研究溫度因素變化對射流切割斷面質(zhì)量的影響，得出整體加熱金屬斷面質(zhì)量隨著靶物溫度的提高而降低，并利用讀數(shù)顯微鏡對射流切割斷面的寬度進(jìn)行了測量，得出斷面的寬度隨著靶物加熱溫度的提升而降低，對靶物的斷面厚度進(jìn)行了測量，得出厚度隨著靶物加熱溫度的提高而降低，并對靶物的斷面防銹蝕能力進(jìn)行了觀測，得出隨著靶物加熱溫度的提高，斷面的防銹蝕能力得到顯著提高。
　　并

4、通過ANASY-FLUENT軟件對射流的噴嘴流場進(jìn)行建模分析，考慮射流出口對射流的影響，設(shè)計(jì)了內(nèi)凹模型，并對靶物內(nèi)部溫度場的變化進(jìn)行模擬。針對磨料射流切割金屬靶物，提出了射流切割的懸崖—無邊界假設(shè)，將射流切割斷面時的綜合切割因素劃分成懸崖與無邊界兩種假設(shè)，考慮材料內(nèi)部分子間的團(tuán)聚力對切割的影響，對射流切割時靶物的兩種狀態(tài)進(jìn)行分析探討，并對磨料射流切割靶物時產(chǎn)生的拖尾進(jìn)行分析研究，從能量的角度分析主要是由能量不足的滯留、反彈射流與下一段的

5、射流的綜合影響導(dǎo)致，在能量不足處，形成斜向下的規(guī)則斷面。對加熱靶物金屬內(nèi)部晶體滑移進(jìn)行分析，加熱導(dǎo)致靶物軟化，與射流作用后導(dǎo)致接觸面硬化，增加了射流切割靶物的難度，接觸時，靶物與射流發(fā)生強(qiáng)制對流換熱，靶物金屬進(jìn)行熱量的傳導(dǎo)。最后，對射流切割延性金屬靶物的基本模型進(jìn)行了研究。
　　通過對局部和整體加熱靶物輔助射流切割進(jìn)行試驗(yàn)分析和結(jié)果分析，對射流的噴嘴流場進(jìn)行模擬，考慮熱力因素對射流切割質(zhì)量的影響，得出以下結(jié)論:熱力輔助射流切割削弱