厚材料3D水射流精密切割切缝特性研究

摘要

磨料水射流切割是一种新型的材料加工技术，与其他材料加工技术相比，具有无热损伤、加工材料范围广、切削力小等优点。随着近年来各种高性能材料的不断涌现，磨料水射流切割技术被广泛应用于工业生产。然而，不同于传统的切割刀具，磨料水射流是一把“软刀子”，这把“软刀子”在加工材料过程中存在射流后拖量、表面波纹度、切面锥度等自然缺陷。要将磨料水射流切割技术用于精密加工，必须消除这些自然缺陷。近10年来，研究人员为提高磨料水射流的切割精度做出了很大努力，也取得了长足的进步。对于较薄材料的切割，磨料水射流已经从粗糙下料工具转变为了精密加工工具。而对于较厚材料的切割，磨料水射流仍然是用于分离材料的粗糙下料工具。
　　本论文针对厚材料精密切割的控制需求，采用理论与实验相结合的方法，就水射流切割厚材料的切缝特性进行了系统的研究，并取得了如下研究成果：
　　①考虑到目前尺寸误差补偿技术的2D本质无法满足精密加工的需求，对切缝轮廓的形貌进行了3D层面的分类，提出了薄、厚材料的概念，明确了传统锥度补偿方式的适用范围。
　　②定义了表征切缝轮廓形貌的参数——偏离误差，构建了判定切缝轮廓形貌类型的系数，实现了切缝轮廓类型的量化表征。
　　③分析了各参数对切缝轮廓的影响机理，发现虽然对切缝轮廓形貌的影响因素众多、影响过程复杂，但这些众多影响因素实际上可以归类为射流参数、加工过程参数及工件参数。
　　④揭示了薄、厚材料切缝轮廓形貌差异的原因，提出了不同的切缝轮廓形貌是由射流发散和射流能量衰减共同作用结果的观点。
　　⑤基于薄、厚材料切缝轮廓形貌差异的特性，根据实验数据，建立了相应的切缝轮廓形貌预测模型。
　　⑥采用不同材料进行了磨料水射流切割实验研究，结果显示本论文所建立的模型可以推广至其他材料。
　　上述研究成果弥补了当前厚材料切缝3D层面研究的不足，进一步完善了磨料水射流精密切割补偿理论体系，对磨料水射流从粗糙下料工具向精密加工工具的转变具有较强的促进作用。

目录

1 绪 论

1.1 磨料水射流技术概要

1.2磨料水射流切缝形成过程研究现状分析

1.3 问题的提出及研究的意义

1.4 论文主要研究内容

2 磨料水射流切缝特性

2.1 磨料水射流切缝特性

2.2 误差补偿理论

3 磨料水射流精密切割切缝特性实验

3.1 概述

3.2 实验设计

3.3 数据测量及处理

4 磨料水射流精密切割切缝轮廓类型研究

4.1 概述

4.2 切割参数对偏离误差的影响

4.3 薄材料与厚材料

4.4 小结

5 磨料水射流精密切割薄材料切缝研究

5.1 概述

5.2 薄材料切缝锥度模型

5.3 薄材料切缝轮廓曲线研究

5.4 小结

6 磨料水射流精密切割厚材料切缝研究

6.1 概述

6.2 厚材料切缝轮廓曲线研究

6.3 厚材料切缝轮廓曲线模型

6.4 小结

7 磨料水射流切割其他材料研究

7.1 概述

7.2 实验设计

7.3 薄、厚材料划分标准通用性验证

7.4 预测模型通用性验证

7.5 小结

8 结论与展望

8.1结论

8.2主要创新点

8.3展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读博士学位期间发表论文情况

B. 作者在攻读博士学位期间的科研情况

C. 作者在攻读博士学位期间的专利情况