（农业机械化工程专业论文）磨料水射流切割模型建立及其实验研究.pdf

浆阳农学院硕士学雠论文 | j ：j 业 磨料水射流切割模型建立及其 实验研究 摘要 磨料水射流( a b r a s i v ew a t e r j e ! ，简称a w j ) ，是在高速水射流中加入磨料粒 子形成的高能磨料射流柬，是目前唯一的冷态切割技术。一般来说，磨料，k 射流 可以加工任何材料，特别在常规方法难以加工的材料切割中得到了广泛的应用。 然，而，其切割条纹限制了该项技术的推广和应用。 本文主要研究内容： 1 根据磨料水射流切割过程中的“两阶段”理论，即整个切割深度方向上分为 “切割磨削阶段”和“变形磨削阶段”。推导了磨粒切割初始速度的公式。建立了一 个二维的，基于难加工材料的，可以预测切割深度模型。 2 ，为论证所建立的磨料水射流切割深度模型准确性，设计了一个切割花岗岩 的实验。影响磨料水射流切割模型的参数有1 8 个之多，在所有的参数中，切割 速度、水射流压力、悬距对射流切割深度的影响最为明显，取它们作为试验的基 本参数。对磨料各个参数对切割深度的影响进行了研究。 3 对磨料水射流的切割质量进行了实验研究，通过改变水射流压力、切割进 给速度来研究切割断面质量，对a w j 切割机理和切割过程进行了分析，探讨了 a w j 切割断面的形貌特征及其形成机理，认为是射流断面磨料动能的分布不均和 射流的偏转滞后造成了a w j 切割断面斜条纹和曲线及尖角处的尖端，提出了两 种提高磨料水射流切割质量的方法。 关键词：磨料水射流；数学建模；切割深度；切割质量 浆牲学院顺1 学位沦文 1 绪沦 t h ee s t a b l i s h m e n to fc u t t i n gm o d e l s l n de x r t o t a ls t u d ) a n d e x o e r l m e n t a lro n ， a b r a s i v e w a t e r j e t a b s t r a c t a b l a s i v ew a t e r i c t ( a w j ) ，w h i c hi st h eo h i yc u t t i n gt e c h n o l o g yr e a l i z e di nc o l d n e s s ，i st h e l l i g h p o w e r e da b r a s i v ej e tf o r m e db ya d d i n ga b r a s i v ep a r t i c l e si n t oh i g h s p e e dw a t e r j e t g e n e r a l l ys p e a k i n g a b r a s i v ew a t e r j e tc o u l dm a c h i n ea n ys o r to fm a t e r i a l s e s p e c i a l l y ，i ti sw i d e l ya p p l i e dt ot h o s em a t e r i a l s w h i c ha r eh a r dm a c h i n e db yc o n v e n t i o n a lm a c h i n i n g h o w e v e r , i t sw a v i n e s sl i m i t si t sf u t u r ea p p l i c a t i o n t h em a i nr e s e a r c h e sc o n t e n t so ft h ea r t i c l ea r et h ef o l l o w i n g s e x p a t i a t et w op h a s et h e o r ya m o n ga w jc u t t i n gp r o c e s s ，t h a ti s “c a t t i n gg r i n d i n gp h a s e ”a n d d i s t n r t i o ng r i n d i n gp h a s e ”i nt i l ec u t t i n gd e p t hd i r e c t i o n ，t h e nt h ei n i t i a l i z a t i o nv e l o c i t yo f a b r a s i v e p a r t i c l e si sc a l c u l a t e d t h i sa r t i c l ea i m st oe s t a b l i s hat w o - d i m e n s i o n a la w lc u t t i n gm o d e l ，w h i c hf o c u s e s o nc a t t i n gh a t d p r o c e s s e dm a t e r i a l sa n dc a ne v a l u a t et i l ec u t t i n gd e p t hi na d v a n c eb yag r a n i t e 。c u t t i n g e x p e r h n e n t ，t h em o d e li sp r o v e dt ob er e l a t i v e l ya c c u r a t et oe v a l u a t et h ea w jc u t t i n gd e p t h 2i no r d e rt op r o v et i l ea c c u r a c yo ft i l en e w l y e s t a b l i s h e dm a t h e m a t i c a lm o d e l ，a ue x p e r i m e n ti s d e s i g o e dt oc u tg r a n i t e t h e r ea r ev a r i o u sp a r a m e t e r si n f l u e n c i n ga w jc u t t i n gd e p t hm o d e l ，a sm a n ya si8 a m o u gw h i c hc u t t i n gs p e e d ，w a t e r j e tp r e s s u r e ，a i r - g a pt a k em o s ti m p o r t a n tr o l e s ，t h e r e f o r e ，t h e ya r ec h o s e u a sb a s i ce x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r sb yag r a n i t e - c u t t i n ge x p e r i m e n t t h em o d e li sp r o v e dt ob er e l a t i v e l y a c c u r a t et oe v a l u a t et h ea w jc u t t i n gd e p t h 3e x p e r i m e n t a ls t u d yi s p r a c t i c e dt oe x a m i n ea w jc u t t i n gq u a l i t yb yc h a n g i n gw a t e r j e tp r e s s u r ea n d c n t t i n gs p e e d ，c u t t i n gk e r fs u r f a c eq u a l i t yi s s t u d i e db yt h ea n a l y s i so fa w jc u t t i n gm e c h a n i s ma n dc u t t i n g p r o c e s s ，t h et h e s i se x p h , r c st h es p e c i f i cs h a p eo ft h ec u t t i n gs e c t i o na n t ii t sm e c h a n i s m ，a n db e l i e v e st h a t t h ea s y m m e t r i cd i s t r i b u t i o no fa b r a s i v ej e t sk i n e t i ce n e r g ya n dj e t sd e f l e x i o nc a u s i n gt h ef o r m a t i o no f s t r i a t i o n s ，w a v i n e s sa n dc u s p i d a t ee n dh o w e v e r ，h i g h - e f f i c i e n tc u t t i n go fa w j c o u l db ea c h i e v e db yt w o d e s i g n s k e y w n r d s ：a b r a s i v ej e t ；m a t h e m a t i c a lm o d e l ；c u t t i n gd e p t h ，c u t t i n gq u a l i t y ；， 柴| i 【：1 农学院硕一l 学位论文 1 绪沦 1 绪论 1 1 磨料水射流的发展 磨料水射流技术是近2 0 年发展起米的一f - j n 技术，其应用【j l i 广泛。= 1 前u m 煤炭、 石 l | | 、冶金、航空、建筑、交通、化：l 、t j - t , h t t 、建材、栅殴1 程敷医学等部f lj ；v 用，j i 要用来划物制进行切割、破碎和清洗。7 j c g i ；j 流切割是一：f j - 冷切7 ； j l j j i il i 手段，( tt , ) f f l t d i 1 制 荆中，磨睾叫水劓流切剖技术有其独特的优越性。 水射流技术的发展大致经历了心个阶段。 1 ) 第一阶段( 探索试验阶段) ：2 0 世纪6 0 年代 ) 】，主要研究低压水剁流采仃。 2 ) 第二阶段( 设备研制阶段) ：2 0i 丛纪6 0 年代初至7 0 ：i _ l z # t z 初，1 - 要4 i y l ；l j l j i ( t j k 裂、增 压器和高压管f l ：，同时推广水刺流清洗技术。 3 ) 第三阶段( 工业应用阶段) ：2 0i 垃纪7 0 年代初8 0 印 初，一1 7 要特点是水剁流采煤 机、切割机、清洗机棚继问世，并进行了： 业试验羽i 推广应用。其心i n 域【| 三山采矿发 展到其它领域。 4 ) 第p q 阶段( 迅速发展阶段) ：8 0 年代阴至9 0 年代，- _ 1 ：要特点是水剁流技术研究进。 步深化，磨制射流、空化射流和自激振动剥流等新型刺流发展很快，许多产_ r 【i 达到l r ；- i 品化。 磨荆k l , l 流技术的优点引起了国内多个： 业部门的重视j f f l j t f i y l 。究。：m1 9 9 0f r t ：j 利7 三维模型，能够计算切割面的表面及切i - i 的形状、l 刀割深度和表山_ 粗糙度镛”。j 矍改 是：每次一个微粒撞击材料的表i ( 1 i 后，t = i 其动能相应的一部分利利敞去除之后，利料捉 丽j 萌善重新定位。磨判微粒撞击表面以后可能会再发生多次碰撞。试验结果与模拟计算 的结果对比，能够较好的吻合。 1 3 本论文研究的目的及意义 磨料水射流切割技术是一利，新的特种力r 技术，它儿乎可以加一吼| 何利料，厄j e 仃 球水学院位沦文 j i 脆讹利制，难肌： 材利如淬火钢、钛合金等，有其它加：r 方法难以比拟的优势，随 前礼会的发胜，水利流切割技术越来越受到人们的重视。 磨料水剁流的切割机理的研究是当前国内乃至国际一l ：t j ( 射流技术的研究重要课题 之。限这方叫的研究l l 一，通过建立模型进行汁算模拟是一个很有效的新i 二具。本论文 n ：是准这r 标，建立一个基于脆性材料的磨料水射流的切割模型。 通过数学j ；| j 剖模型，米预测切割果，这样就不必为了获得实验数据而做大量的实 验，缩短j 研发”i 划，娃若提高经济效益，这是一项很有意义的研究】作。 臁料水划流切割质量影响磨料水射流技术的发展和应用，为此，本文将对水射流的 切割质 | | - 进行研究，寻找提高切割质量的方法干措施。 r 阿，川内的水射流技术虽然已经起步，但划切割机理的耐f 究小够透彻，多为试驰 一m f 究，先进r 1 ：1 i 足，还不能形成高效的生产力，这【! 三是水射流技术在固内发展宁问小 的原。 1 4 主要研究内容及思路 1 ) 分析磨制水划流的切割机理，根抛h a s h i s h 的切割两阶段论理沦，即：情切割阶 段分为“切割解削阶段”和“变形磨削阶段”两阶段，建立个二维的、基1 二难加j 材 刳的、可以预测切割深度模型。 2 )改计个利刚磨料水刺流切割花岗岩的实验。在该试验中，影响切口的性质、 j l i o j 彤：佚利质鞋的参数青1 8 个之多，但是，切割速度、水射流压力、磨料流量对磨料 水! ：| j 流功削质置最wj 硅，放选取其。q 切割速度、水刖流压力、磨料流量等几个可以控 制删改变的参数作为实验参数，将试验结果与理沦上建立的切割模型的【刀割深度进 j ：验 证，分析建寺的模型的正确性。 3 ) j i n 过坩a w j 切割机理利切割过程的分析，探讨a w j 切割断面的形貌特征及其 形成机坤，刈剁流断 l ；f i 磨料的荆条纹和尖角的形成进行研究。对磨料水利流的切割质量 进行：爻验研究，通过变化不同的水劓流压力，切割进给速度来研究磨树水刳流f i 匀切割断 顺l i i ：，分析切割惭面条纹以及粗糙度情况形成的原因。提出提高磨料水剩流切割质量 的方泄、。 4 莱阳农学院硕：l 学位沦文2 磨料水身j 流l ；j 刨馍型的研究 2 磨料水射流切割模型建立 磨荆水l 刀割具有很多其它切割方法难以比拟的优势。比如，其叨缝质艟好，刈切害0 制料的无选捧性，不破坏材料内部组织，可进行异肜切割等，止存被广泛j # j 1 1 _ 卜难加一 栩料1 1 - 1 5 1 ( 例如：陶瓷、大壁i ! 石、增强型复合材制和钛合金等) 的加川r ，但是，划流 切割中的两个主体是射流和：【件，它们的特性往往不易得到。i ：太l j l t ，啕女利用切削试验 来获得实际1 ：能数据，以用于改计。为了获得试验数据需要做大量的试验，返j 恪化人 量的费用，增加了水利流切割机的研制成本和川期。 通过建立切割模型，；1 ：0 f i l l7 , - i 一算的方法来预测切割结果。这样就1 i 必为了获得实黔数 据而做大量的试验，显著提高了经济效益。为此，磨制水剁流切割模! l ! 的1 0 1 ：究受到j 7 广 泛重视，发展异常迅速。 要建立磨制水射流切割模型，就必须搞消楚磨料水剁流的切割机_ r 。 2 1 磨料水射流的切割机理 口 对水利流的切割机理在切割进给方向和切割深度方向分别研究。 2 1 1 切割进给方向 m o h a m e dh a s h i s h 剥馏料水刳流切割过程中的现象进行了系统研究”“。 为了观察到切割过程中的现象，选用了透明的矩形有机玻璃作为切割试什，通过火 具固定在移动台上，用摄像机从侧面拍摄磨荆水射流切割和穿透试竹的个过程。射流切 割过程是由射流的参数和被切割工件的利料及厚度_ 共同决定的。虽然相机玻璃与金属材 制的切割过程, l o 7 t f 。 【4 3 3 3 s o 7 从式( 23 0 ) 中解出啦的值。得出以下公式： 馥：。0 s ( 塑辜二旦) ( 2 川 到此，c 值已经能够通过式( 2 2 9 ) 确定了。 将c 值带入式( 2 2 8 ) 得到第一阶段的切割深摩的总的切深公式。 州等，儋 川 式( 2 2 8 ) 巾的各个参数值都已确定，第一阶段的穿透深度h 。可以通过式( 2 2 8 ) 求出。 研究发现，当磨粒的速度小于一定的值时，只能使材料发生弹，阽变形，矶彳j 能产小 切割作用。这就说明存在一个i l ；界速度u ，磨粒的速度必须大于k 力能具柯切割能力。 若模型中考虑临界速度k 的影响，则需要把原来公式中l jv 替换为( v - v d 2 引。a o 的 计算公式( 2 ，2 7 ) 完成替换后变成： c 面1 4 1 n ，扩半， 川 立望生堕兰堡型_ 兰兰坚堂皇二 ! 堡型查型垫塑型堡型竺竺窒 训算h l , 的公式( 4 2 8 ) 变为 _ = 磊2 8 c m 加u 巧( 薯2 卿8 c m ) f ( 堡z r p p l l d ；广”矗阪 娌3 5 2 5 2 切割面的阻力影响 n ! 射流穿透材 ：i 的过程p ，为射流的扩散和切割面的阻力作用使磨粒的速度逐渐 减小。相i 考虑切割面摩擦l 力作用时，绻粒自0 实际速度y 和h 的关系可以近似的用动量 1 、h l ! 等式水求 f i f l 引： 矿= 一鲁哪见略 ( 23 6 ) 其i c t 是摩擦阻力系数，以是磨料射流的密度，q 是磨剁的射流流量。忽略射流 1 1 掺入的少部分2 气，认为磨料射流只是由水和磨荆纲成的，即”，= ，”。+ 。划- 于连续 射流，腊料削流的流啦r 。- - u j - 以通过如卜的公式得h j ： 川，= 三4 d 2 c a k ( 2 ，3 7 ) j 皑式( 2 3 7 ) 代入式( 2 3 6 ) ，行引入一个常数k ，： 牛 ，s ， 最后得到蝤粒实际速度有且下的简化肜式： y2 k k 。h v o = v o o k 。 ) ( 2 3 9 ) _ - - f i 前f 山求觯以州f 段没磨粒f i 虫度始终为v o ，即矿= v o 。现在磨粒的实际速度已经求出 可以把新的迷度公式( 2 3 9 ) 及的表达式重新代入式( 2 2 4 ) ，化简后得到： r 节d h 叫硒1 4 m a ) _ c d o 施口 眨a 。， 灯一14moff一)鲁施a=h,op d t l 嘞。o o ! d x , j 卜式和 分后得到h 新的表哒式 莱m 农学院顺二i 一学位【仑文 2 磨料水射流i 刃制模型曲q l 究 忙孚c 半华c 嚣，c 壶r 幢。 、妒，脚；7 c 8 式( 24 1 ) 用来训算存考虑切割面i 虬力时的切割磨削段穿透_ j ；| 度。仵深胶较小忖情 况下，芦j _ 以忽略摩擦眦力的作用，通常用式( 2 2 8 ) 柬计算。 2 5 3 变形磨削阶段的穿透深度 对于第二个阶段一变形磨削阶段，首先要确定磨粒：韭切割磨削区域术尾处的速度。 如果射流全部用在了切割磨削区域，从切割面反弹后又进入射流的磨粒会影响变形j 搿削 过程。如果射流只有一部分用于切割磨削，m 0 剩余部分与反弹的麟粒_ 共i 刊影i 州亥【基域的 形成。 通过材料去除速度的公式，得到含确变形磨削深度的微分方程。对其犯：分可以训算： 出变彤磨削深度“。 在这个阶段中，材料去除机制与第一阶段不同。磨粒以人角度挝讲利荆表叭，使磨 粒的速度以很大的角度偏转，动量变化很大，从而切除荆料。b i t t e r 经过研究给j 这 个阶段的微切割机理公式】。以近似直角的角度撞击时，材料去除量表达式为： d ，：丝坐二堕 l 2 4 2 ) 与第一阶段分析时一样，把磨粒质：曼m 用磨料流量。代替之后就可以错到利料女 除速度坑。因为深度较深时磨粒速度的改变不能忽略，所以要用式( 2 3 9 ) 1 1 - 的述度农达 式。这样两步代换之后得到以一i v 的等式： 瓯= v 0 0 一k ，。 ) 一k 】2 z f ， ( 2 4 3 ) 。等( k 训2 ( 1 - k w 丧2 2 磨料水剩流切割模型的研究 图2 7 变形磨削阶段的参数示意图 f i 9 2 - 7p a r a m e t e r so fd e f o r m a t i o ng r i n d i n gs t a g e l bj ：深度较人州切割瓶上产：生了台阶，射流在台阶面以下只是很轻微的与曰j 割面接 触，所以，变肜唐削阶段的穿透过程主要是通过刽价而上的材利去除进行的。图2 - 7 硅 示j 7 变彤睡i l j l 阶段n 勺参数。根据图巾显示，在深度h 处确一台阶丽，台阶面上的材料去 除述度可以用穿透速度f 垩) 与台阶面积( a 。) 的乘积来表示。a 。近似等于刺流的横截面 犯 ，则： 沪a 。d h 出= 警 a a ， 到达第? 阶段的磨粒t l l z ，1 是全部都具有切割能力，设能列材料进行有效切割的磨粒 所l f l 比例为cj ，暇妒式( 2 4 3 ) 和式( 2 4 4 ) ， i 进行积分后得- y 0 ： d h k 。q h ) 2 2 c 。 l d ( k z c r d ； 坠r ( 2 4 5 ) 其r ir 的h 。是总的切割i ：；| j 蔓，t 。是一个切割循环所用的吲问。前面在阐述切割机理时 l 绛指：个切割循环走过的横向距离大约等于射流的直径。所以，式( 2 4 5 ) 扣的 菜口：j 农学院i 暇二l 学位论文 2 磨半4 水刳流| ；：j 割模型曲1 卅究 切割时f u j t l 2 d ，u ，把它代入原式， 二定义等式右边为日2 。 h 2 ：2 g m a ( i v o 一- i , ：, ) 2 ( 24 6 ) 7 9 0 - a 。u 若忽略切割磨削阶段的切割而摩擦阻力影响，式( 2 ，4 5 ) 的积分卜f 限可以变为从 r 4 高啦 a ， 求解式( 2 4 7 ) 可以得到变形磨削的深度h d ，结果为： h n 。而h 2 ( z 最后，把k 。、日2 的定义式( 2 3 8 ) 式、( 2 4 6 ) 式都代入卜式，摊甘h d 的汁辫公 h d ：1 2 c _ d n 石n ( - v o x - v i i ) d j ( 24 9 ) “6 一可五丽 娌4 ” 至此，切割磨削阶段的穿透深度吃和变形磨削阶段的穿透深度都已经求，总n 0 h t = h 。+ k = 孚c 半2c 苏，c 西1n 等糍芳 s a p 口“t t jc k 2 6 本章小结 本章f f , 1 1 i 了磨料水划流切割的机理，阐述了磨料水射流切割过程l 铲附阶段”圳 论，即整个切割深度方向上分为“切割磨削阶段”和“变形磨削阶段”。然后推导r 腊粒切 基于以上分析，发展并建立丁一个适用于脆肚材料的、二：绯的、计算切割深度模j f ! 。 模型中分别推导f 切割磨削阶段深度i 和变形磨削阶段深度，最厉阴部分 = | | 得到 总的纠割深度。 立业生生兰堕塑l 型蔓堕；l 。 兰壁塾查型塑塑型垡型塑兰堕婴塑 3 磨料水射流切割试验研究 酊脚彬f 究厂磨料水射流的切刮机理，建立了磨料水利流的切割深度模型，为了验汪 建赢的切剖模型的合里。肚和j l _ ：确m 没计本实验，通过实验得出切割深度与并个切割参 数的灭系和规排。 3 1 实验器材 舆 f f j _ 鬲万能水削流切割机( a p w 3 0 1 5 0 5 ) 一套，其输出水压为2 0 0 m p a 3 8 0 m p a 【2 6 1 ， 化岗岩( 8 0 + 1 0 0 。1 2 0 ) 一块，以及测m _ i _ f 4 ( 直尺、游标号尺、匙规等) ，磨制( 6 0 挣石 栅i ) 、喷嘴( 首衽1 4 m m ) 。 本试验所用利剌花岗岩的结构特自e 、物理力学性能及主要化学成分脚j ，如表3 1 所 示。 表3 - i 花岗岩的结构特征、物理力学性熊 t a b l e 3 - i structuralfeatures,phy，s、icalm、，echanicp r o p e r t i e s 物删力学性能 名称 懒包 舞篆 表观惭度 抗压强度扛折强度 磨损量 型! ! ! 竺塑! ! 坚璺! 旦 倒栅蛐包 黧 2 6 71 4 0 1 4 271 4 结构 。 3 2 试验内容及试验结果 j ：究磨料水蜊流切割过程中齐种参数变量与功割性能的关系和规律，在磨料水射流 刀剖h 磨料水劓流的切割深度与水压力、切割速度、磨料流量的剥应关系： t1 ) 1 i j 吲的系统水i | i 力与磨料水刳流切割性能的关系： ( 2 ) 叫剖的横移速度与磨料水射流剀割性能的关系： ( 3 ) i i 叫簿翱流量与磨料水射流切割佰镝鼬关系； 3 2 1 试验因素 影响磨料水射流切割深度n 0 幽素主璺有水压力、切割进给速度、磨料流量，悬距 则水剁流的切割电自影响，但是考虑到实际情况，在实验中，根据试骑的水射流切割机， 我们 般i 驳悬距为5 r a m ，其他的影响因素在实验确定的情况一f ，是一个确定值。 综合以况- 本试验选取以f z 叶- l x l 素作为本次试验主要的实验影响因素。 ( j ) 水，利流的胍力p 薹塑堡堂堕堕土堂垫堕壅 ! 堕型坐盟堕型型丝燮丝! 生塑 水射流的 压力是指水射 流阴割机上可 以变化的，在本 试验= j _ l ，水剁流 的压力范围足 o m p a 3 8 0 m p a 。 水射流压力剥。 切割深度的影 响很大。 右图3 ，l 是磨粒| 水刖流 切割机的水压 力调节部位。 ( 2 ) 切割进给速度f f 切割进给速 度是指可以通过 讨+ 算机调节的切 割材料的进给速 度，切割速度可 以很力便的调 节，列切割深度 确很明显的影 响，在后而的实 验结果分析中， ：海作洋绑地介 绍。右圈3 - 2 是磨 攀 水利河 切割机 的训算机控制装 置。 圈3 - l 压力控制装置 f i 够州jp t e s 辄r ec q n t r o le q u i p m e n t 图3 - 2 水射流计算机控制装置 f i 9 3 2a w jc o m p u t e rc o n t r o le q u i p m e n t j ；目代。院f ! j ! 上。位论：史 3 肼制水利流切割模型的实验例究 ( 3 ) 磨利流照m 。 磨料流趋的人小刈叨割深度的影响不是很大，但是列叫割断面质量的影响较大。 泶刖l 2 5 ( 3 5 ) 止交表2 ”3 ，试验方案如嵌3 - 2 。 表3 - 2 试验因素与水平 t a b l e2 - 4e x p e r i m e n t a lf a c t o r sa n dl e v e l s 銮蔓互薹；i 磊： p 1 ( 2 0 0 ) p 2 ( 2 4 0 ) p 3 ( 2 8 0 ) p 4 ( 3 2 0 ) p s ( 3 6 0 ) 3 2 2 试验过程及试验结果 i 。d o 5 ) m a 2 ( 1 0 ) 1 1 1 a 3 ( t 5 ) m 。s ( 2 5 ) 图3 - 3 切割过程( 花岗岩) f i 9 3 - 3e x p e r i m e n tp r o c e s s ( g r a n i t e l 州州删棚棚 莱稍农学院硕士学位论文 魔制承射流功削彼塑晌硬验研j 图3 - 4 切割的过程( 花岗岩) f i 9 3 - 4p f o c e s so fe x p e r i m e n t ( g r a n i t e l 图3 - 5 切割的部分图片( 花岗岩) f i 9 3 5p u r rp i c t u r en e x p e r i m e n tr e s u l t ( g r a n i t e ) 柴。& 一 院碳i 学他沦文磨料水劓流切荆模型的实验词 究 试验的过程圳到3 - 3 ，3 - 4 所示，3 5 叫切割的实物的照一；。 试验疗案、试验结果及分析如表3 - 3 所示。 表3 - 3 实验方案和试验结果 t a b l e 3 - 3e x p e r i l n e n t a t ns c h e m ea n dr e s u l t 、内稀削速度压力 兰生一j 竺竺一竺! l l ( p i ) 2 ( p 2 ) 3 ( ) 4 ( p d 5 ( p s ) 2 ( p 2 ) 3 ( p 3 ) 4 ( p 4 ) 5 ( p 5 ) 1 ( p 1 ) 3 ( p 3 ) 4 ( p 4 ) 5 ( p 5 ) 1 ( p t ) 2c p 2 ) 4 ( p 4 ) 5 ( p 5 ) 1 ( p 1 ) 2 ( p 2 ) 3 ( p 3 ) 5 ( p s ) 1 ( p t ) 2 ( p 2 ) 3 ( p 3 ) 磨料流量 ( k g m i n ) i ( m a l ) 2 ( m a 2 ) 3 ( m 以) 4 ( m 蚪) 5 ( m a 5 ) 1 ( m 。i ) 2 ( m a 2 ) 3 ( m a 3 ) 4 ( m a 4 ) 5 ( m a 5 ) i ( m a i ) 2 ( m a 2 ) 3 ( m a 3 ) 4 【m a 4 j 5 ( m a 5 ) l ( m “) 2t m a 2 ) 3 【m a 3 ) 4l m a 4 ) 5 ( m a 5 ) 1 ( m a l ) 2 ( m a 2 ) 3 ( m n ) 4 ( m “) 5 ( m a 5 ) 切割深度 ( r a m ) 4 05 4 5 0 5 6 o 6 5 o 6 9 ，0 2 1 o 2 3 0 2 5 5 2 8 5 1 5 ，o 1 35 1 5 o 1 7 ，0 l o o 1 1 o 9 5 1 0 5 6 o 6 5 8 0 i o 4 ，0 5 0 5 5 6 0 3 3 验证建立的磨料水射流切割模型合理性 理论卜矬寺吣切割深度模型中兆考虑了1 0 个与切割结果槲关的参数，它们是射流 f | 0 爪力p 、牌料的流精m 。、切割速度( 进给速度) 一水喷嘴直径d 。、磨料喷嘴直径d i 、 睡制n 0 密艘，) 。、塘料的圆滑系数尺，、腊粒的球形度s 。、切割l 临界速度k 、材料的流动 j 越力f 、前八个参数阻功割 ：况一定时都有确定的值。最后两个是与材料特陆相关的参 数。为j 7 计辩方便可以把材刳的流动应力用弹性模量米代替p ”，它们的近似关系为f 猢糊猢删 2 ，4 ，6 7 0 9 m他h”m盯博坶鲫引舱m笛 浆农学院l i ! i i 二l 学位沦文：j 腑* 1 0 i 劓 j t 帅* l j 杉! 型n 0 。典聆俐 ，( 式时，得到的讣算结果最接近试验结果。 f 盯z = ( 31 ) 4 0 切割临界速度矿与材料的属性之间的关系非常的复杂，在参考资制【2 1 】一i i 给n 己们之m 的关系式，在本文中：商使用实验方法确定p 值，剥于花岗岩1 ，其材料的弹r 1 ：模肚为 4 0 0 g p a 和临界速度为3 0 0 m s 。 表3 _ 4 理论计算与实际测量切割深度的比较表 t a b l e 3 - 4c o n t r a s to ft h e a t r i c a lc a l c u l a t ed a t aa n de x p e r i m e n t a ld a t a 试 验 r ，a j 因 素 符 号 切割速度 m m ，m l n 压力 p a 磨料流量 ( k g m i n ) u ps 理论计算 切割深度 ( m m ) 1 史阢i l ；j j 割深艘 ( m m ) 1 1 ( 1 0 0 ) 1 ( 2 0 0 )l ( o5 )4 54 0 5 2 1 r t o o ) 2 ( 2 4 0 )2 ( 1 0 )5 64 5 0 3 l f l 0 0 ) 34 2 8 0 )3 ( 1 5 ) 6 05 6 0 4l(100)4(320)44 2 0 ) 7 36 5 【) 5 1 f 1 0 0 15 ( 3 6 0 ) 5 ( 2 5 )7 86 90 6 2 ( 4 0 0