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水切割机的磨料供给系统及其参数对切割特性的影响
来源: 时间:2022-05-09 浏览:6399
水射流加工系统中对磨料供给的流量和稳定性控制是提高整体其加工系统性能的关键因素。磨料水射流主要是利用水射流在喷头中的高速流动使水喷嘴和磨料喷嘴之间的形成一定的压力差,从而利用真空吸力和磨料的自重将磨料吸入来完成磨料与水的混合。

 通常情况下磨料是由位于系统上发的磨料罐内存放,当控制阀打开时,磨料顺软管

进入射流系统,尤其进入系统的位置可分为前混合与后混合。

    磨料在切削过程中的作用

      在磨料水射流混合切割中,磨料在切割加工中承担了90%以上的切割任务。因此,研究磨料参数对物料的切割能力的影响有一定的实际意义。

      (1)磨料在射流中的受力情况:磨料在混入水射流后,就会受水射流的作用力开始运动,其运动过程可用一个小球体在一个恒流场中的受力状态来表述。根据流体力学理论中斯托克斯公式,球体在以v为速度的流体作用下受到的作用力为:

  

      公式中可以看出材料所受的作用力一般小于实际作用力,即便如此,磨料也可在较短的时间内达到流体的速度。

      (2)磨料射流中在切割过程中的作用:磨料水射流是以高压水为载体,磨料为核心的切割方式。由于磨料质量比水大又具有棱角,因此磨料被高压水射流加速运动对物料的切削能力要比同等条件下的纯水射流大得多。

      实际上当切削液从喷嘴中射出的时候,其都处于紊流状态,磨料粒子在切削液中随机取取切割方向,对材料的冲击角度是任意的。当磨粒以锐角冲击材料时,类似于空间半无限体上受法向集中冲击载荷。当磨粒以钝角冲击材料时,类似于空间半无限体上受

法向球体集中冲击载荷。这两种冲击都将在载荷接触区周围产生拉应力,}在载荷正下方某一深度产生最大剪应力。当磨粒入射速度超过材料的门槛限限时,将多在磨粒冲击范围内存在缺陷处产生径向或横}i脆性裂纹(或塑性流变),此时一般不发生材料的大量剥禧。随着连续不断的磨粒冲击起到持续加载作用,一促进了新裂纹的萌生和旧裂纹的扩展。同时,裂纹形成后,高压水进入裂纹空何,在水楔作用下裂纹尖端产生拉应力集中,促使裂纹快速扩展,造成材料裂纹裂纹的萌生、扩展和交汇进而大量剥落,完成对材料的切削。

此外、磨料在水射流中是不连续的,由磨料颗粒组成的高速粒子流对被切材料产生高频冲击作用,使磨料水射流的切割能力也大为提高。

磨料的参数对切割性能的影响

通常情况下切割不同的材料对磨料的要求也不一祥,粒度大的磨料,适用于来切割如铝、塑料等较软的材料。粒度小的磨料适于用来切割象钢一类的较硬的材料。

(1)磨料的类型对切割深度的影响:硬度是磨料切割能力关键指标。在切割材料的过程中,磨料的硬度大,切割深度就会越深。这是因为磨料射流切割材料,其主要破坏形式就是冲蚀切削。在压力不变的情况下,磨料的流量一定,磨料的硬度越高,其强度就越高,冲蚀能力越强。

 80目的硅砂、石榴石、金刚砂作为磨料,选择靶距L=3.5mm,喷嘴横移速度为6m/s

压力为380Mpa对加工陶瓷作切割加工得到的切深数据如下表4-l:


3种硬度不同的磨料所达到的切割深度比较来看,磨料的硬度大,其切割的深度就会显著增加。但是,在实际的切害}J加工过程中,还要考虑磨料的经济性和对磨料喷嘴的磨损等影响。因此,应尽量选择硬度较低的磨料。此外,还应当控制磨料的流量,既要考虑切割的速度,又要保证磨料喷嘴的使用寿命。

 (2)磨料的类型对切割深度的影响:由公式可知,在磨料颗粒假设是圆球形的条件下,磨料粒径越大,作用力越大,对物料的打击力也越大。但事实上磨料颗粒具有棱角的。因此,当磨料粒度增大、磨料颗粒的外形表面相对较光时,由于其切割棱角减小,切割能力反而有所下降,使切割深度较浅。

 通常情况下,磨料对被切割材料的总打击力F二与单位面积内磨料接触材料数量有关。当磨料粒径减小时打击力Fm增加,单位面积内接触数量增多,破坏能力增强,切割深度增加。但是,若磨料的目数过小,其形不成有效地能量传递过程,反而会降低系统的切削能力。

      (3) 水射流的二相混合:磨料水射流主要是将低速的磨料与高速流动的水射流的相混和,从而使低速的磨料也获得高速动能,并由高速水夹带一起射出,形成磨料水射流。当磨料颗粒进入混合管中,由于磨料与水流存在速度差,磨料将受到加速,直到速度平衡。


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