磨料射流喷嘴直径与切割能力关系的仿真及实验研究

高压水射流磨料喷嘴是磨料颗粒加速的关键部位,喷嘴直径对射流有重要影响.通过实验与仿真的方法研究了喷嘴直径与射流切割能力的关系.研究结果表明:①试件的切口深度和切口宽度随喷嘴直径的减小基本上呈线性减小;②同一压力下,减小喷嘴直径会降低射流的切割比能耗;③不同直径喷嘴射流轴心的加速规律和衰减规律基本一致.喷嘴直径越小,射流加速越慢,衰减越快,等速核心段越短,切割能力降低;④从能耗、切割效率等多方面因素考虑,对于普通材料切割的喷嘴直径较佳选择为0.6～1.0 mm,不宜进行直径0.2 mm以下的磨料射流切割.     

磨料水射流仿真分析与试验研究

为有效保持油田的稳产增产,磨料水射流技术逐渐被应用于油田生产.磨料水射流切割利用高速混砂液体的射流来完成切割作业,具有安全、多能、环保、便捷、高效的特点.本文对前混式磨料水射流切割的喷嘴结构进行了优化设计计算,采用计算流体力学的方法,利用CFD仿真软件,对不同喷嘴类型﹑喷嘴长度和不同锥角角度的喷头的工作情况进行数值模拟...     

自激振荡磨料射流原理及切割实验研究

综合前混合式磨料射流与自激振荡水射流的优点,提出了自激振荡磨料射流,并从理论上研究了自激振荡磨料射流喷嘴的结构及工作机理。研究表明,自激振荡磨料射流的最大钻孔速度,切割深度分别比前混合磨料射流提高了４１％和３４％。     

基于CFD的磨料水射流加工中粒子圆度影响研究

为提高磨料水射流加工性能和延长喷嘴使用寿命,基于欧拉-欧拉方法和离散粒子模型,利用CFD仿真技术探究磨料水射流喷头内部的三相流运动,建立磨料水射流喷头的物理模型,并通过与文献实验结果对比,验证模型的可靠性。通过自定义粒子圆度系数,利用CFD模拟分析粒子圆度系数对粒子出口速度及管壁磨损率的影响。结果表明:射流压力和磨料圆度越大,磨料出口速度越大,喷嘴内磨损越小;磨料流量和磨料圆度系数越大,磨料出口速度越小,喷嘴内磨损越大;磨料尺寸越小和磨料圆度越大,磨料出口速度越大,喷嘴内磨损也越大;水射流切割过程中的深宽比随着压力增大而增大,随着横移速度和靶距的增加而减小,随着粒子圆度的增大而增大。     

超高压磨料射流切割喷嘴装置研制及其应用

通过对水射流中磨料粒子运动形式的分析，认为结构设计参数主要是磨料射流内部靶距和磨料混合管长度，试验结果表明内部靶距为１２ｍｍ，混合管长度为５０ｍｍ切割效果较好，据此设计并研制磨料射流切割喷嘴装置，并验证了设计的合理性。     

应用模糊理论预测磨料水射流切深模型的建立

以理论为基础,应用磨料水射流切割加工时的工艺参数:水射流压力、射流横移速度和磨料流量等实验数据,建立一个模糊控制模型。这个模糊控制模型可以预测在任何给定一组加工参数时,可获得的切割深度。给出磨料水射流切割铝合金实例。     

磨料水射流切割机制研究进展

从单个磨料颗粒造成的冲蚀入手,综述了磨料水射流切割机制的研究进展,介绍了磨料射流切割过程中的微观切割模型、微观机制的扫描电镜分析结果,被切割材料的内部应力分析,水射流的水楔效应和跃迁速度以及材料切割的宏观分析结果.提出今后对磨料水射流切割机制的研究应从数值模拟研究、专家系统和模糊理论的应用、空化切割机制以及液相-颗粒薄层的阻尼效应等方面入手.     

磨料射流切割机的试验研究

本文介绍了前混合式磨料射流切割机的结构,工作原理以及用该机对金属和非金属材料进行的切割试验,指出射流工作压力、喷射靶距、喷嘴横移速度、磨料重量比浓度等是影响工作能力的主要因素,喷嘴直径及其内腔结构、磨料粒子尺寸等也是影响割缝宽度及表面形态的因素.试验对此表明,它比纯高压水射流和后混合式磨料射流切割机性能优越,是一种新型的、有广阔应用前景的工业切割设备.     

超高压磨料射流切割喷嘴装置研制及其应用

通过对水射流中磨粒粒子运动形式的分析,认为结构设计参数主要是磨料射流内部靶距和磨料混合管长度,试验结果表明内部靶距为12mm,混合管长度为50mm切割效果较好,据此设计并研制磨粉射流切割喷嘴装置.并验证了设计的合理性.     

热力辅助磨料射流切割金属的正交试验

为提高射流切割金属的表面质量,提出一种热力辅助磨料射流切割金属的方法。采用万用电炉加热靶物至既定温度,后用前混合磨料水射流进行切割。选取45号钢为靶体材料,并采用拟水平正交表L_9(3~4)对射流的切割靶距、移动速度、温度、喷嘴压强等4个因素进行三水平试验,以不平度平均高度R_Z作为实验指标。实验结果表明,影响因素主次顺序为温度、喷嘴压强、切割靶距、移动速度,得出优方案为温度31℃、喷嘴压强25 MPa、切割靶距5 mm、移动速度100 mm/min,为进一步分析热力辅助对磨料射流切割机制的影响奠定一定的试验基础。     

基于FLUENT的后混合磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

以后混合磨料水射流喷嘴为研究对象,基于多相流动的欧拉模型,应用FLUENT流体分析软件对几种典型后混合磨料喷嘴的内流场进行数值模拟和仿真,得到压力分布、速度分布、湍流能量分布.结果表明:喷嘴内由于涡旋的形成损耗了部分能量,使得射流出口速度和动能明显降低;存在一个最优圆柱长度使得磨料出口速度达到最大值,其长度为喷嘴出口直径的23～37倍时,磨料得到最高的出口速度;喷嘴内流体紊动能的分布主要集中在喷嘴近壁区和几何形状变化较大的区域.     

Numerical simulation for abrasive water jet machining based on ALE algorithm

In dealing with fluid impact and large deformation problems by traditional Lagrange grid, calculation failure often happens due to grid distortion. An abrasive water jet machining model is created to simulate the whole stage by software LS-DYNA from the jet into the nozzle to the workpiece material removal process using ALE (Arbitrary Lagrange–Euler) algorithm. The mesh for the abrasive and water is based on the ALE formulation, while the target mesh applies the Lagrange formulation. The effect of jet penetration is implemented by coupling the grids of ALE and Lagrange. The jet traverse speed is achieved by definition of the movement of ALE grid to reduce the mesh domain. The abrasive constitutive equations are also presented in this paper. The uniform mixture for abrasive and water is achieved by definition of volume percentage of the two materials in the initial ALE elements. Simulation results give the relationships between processing parameters and the cutting depth. The good agreement between simulation results and experimental data verifies the correctness of the simulation.     

磨料水喷嘴的优化设计

为提高磨料水射流加工设备中磨料水喷嘴加工性能,通过实验研究了磨料水喷嘴几何形状对喷嘴磨损的影响,并研究了磨料水喷嘴机械结构和加工性能,最终确定优化加工条件.     

Development of an algorithm for optimum control process to compensate the nozzle wear effect in cutting the hard and tough material using abrasive water jet cutting process

In the process of abrasive water jet cutting, the change of nozzle diameter, due to nozzle wearing throughout cutting process, causes a decrease in surface quality and an increase in kerf width. In this paper, a series of experiments have been done to determine the effect of process parameters and the results show that traverse speed and nozzle diameter are significant parameters on the kerf quality and geometry, and a control program algorithm is suggested to compensate the effect of nozzle diameter increase on cut surface quality and kerf width and the control program creates an offset with required amount in nozzle path.     

Parameter estimation for abrasive water jet machining process using neural networks

The abrasive water jet machining process, a material removal process, uses a high velocity jet of water and an abrasive particle mixture. The estimation of appropriate values of the process parameters is an essential step toward an effective process performance. This has led to the development of numerous mathematical and empirical models. However, the complexity of the process confines the use of these models for limited operating conditions; e.g., some of these models are valid for special material combinations while others are based on the selection of only the most critical variables such as pump pressure, traverse rate, abrasive mass flow rate and others that affect the process. Furthermore, these models may not be generalized to other operating conditions. In this respect, a neural network approach has been proposed in this paper. Two neural network approaches, backpropagation and radial basis function networks, are proposed. The results from these two neural network approaches are compared with that from the linear and non-linear regression models. The neural networks provide a better estimation of the parameters for the abrasive water jet machining process.     

磨料水射流对金属材料去除力和去除模型的研究

磨料水射流抛光技术作为一种新型技术,广泛应用于表面抛光加工作业中,利用含有细小磨料粒子的抛光液在高压作用下,与工件表面发生冲击、冲蚀而去除材料,以达到抛光目的。采用单颗粒磨料粒子使材料产生塑性变形模型来研究磨料水射流对金属材料的去除力,通过对纯水射流冲击材料的作用力和射流中磨料射流对材料的作用力以及接触应力的理论推导,得出磨料射流中轴线上磨料颗粒去除金属材料最大打击力和最大剪应力以及最大拉应力;通过建立伯努利方程,得到射流压力与金属材料的剪切力和拉应力的直接关系,为工程上磨料水射流抛光喷嘴设计和泵压选择提供了理论参考依据。     

淹没磨料水射流中磨料破碎状况分析

磨料水射流中的磨料在冲蚀破碎后,颗粒的分布在一定范围内表现出自相似的分形特征.对颗粒分布进行测定并分析,得出磨料水射流中磨料颗粒在喷嘴内有破碎发生,且颗粒愈大破碎愈强烈,分析得出颗粒的分形维度可作为磨料破碎状态的一个重要指标,应用于对颗粒破碎程度的评定.     

基于改进BP网络的磨料水射流切割质量研究

目前建立的磨料水射流切割质量数学模型,对厚板材切割时,其加工精度和表面质量较难控制.基于BP神经网络学习理论,通过对网络权值和阀值进行四种方法的改进,目的是改善网络误差反向学习性能,建立低误差收敛精度、快训练速度的最佳切割质量模型.在获取大量样本数据的基础上,对最佳改进BP网络模型进行训练、预测,结果表明该模型能够快速、准确、可靠地预测磨料水射流切割质量.     

工艺参数对磨料水射流加工性能的影响

影响高压磨料水射流加工效果的主要因素是水压力、磨料参数、喷嘴的横向移动速度和喷嘴悬高等。采用新的工艺可以有效提高加工效率和加工质量，这些新工艺主要包括：多次切割、倾角切割和喷嘴往复摆动切割。