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1、碩士學(xué)位論文微磨料水射流加工系統(tǒng)研制與實(shí)驗(yàn)研究DEVELOPMENTANDEXPERIMENTALSTUDYONMACHININGSYSTEMOFMICROABRASIVEWATERJET趙佩杰哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年7月國內(nèi)圖書分類號(hào)：TH162學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號(hào)：621密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文微磨料水射流加工系統(tǒng)研制與實(shí)驗(yàn)研究（應(yīng)用型）碩士研究生：趙佩杰導(dǎo)師：李增強(qiáng)副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：機(jī)械制造及其自動(dòng)化所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2015年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)Classif
2、iedIndex:TH162U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDEVELOPMENTANDEXPERIMENTALSTUDYONMACHININGSYSTEMOFMICROABRASIVEWATERJET（APPLIED）Candidate：ZhaoPeijieSupervisor：AssociateProf.LiZengqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Mechan
3、icalManufacturingandAutomationAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要現(xiàn)代制造技術(shù)正朝著產(chǎn)品小型化和加工過程微型化的方向不斷發(fā)展，用于加工微型零件的材料越來越難加工，加工精度卻要求越來越高，這是當(dāng)前微細(xì)加工技術(shù)所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。微磨料水射流加工技術(shù)（射流直
4、徑10~100μm）在近十幾年來快速發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬、合金、陶瓷、光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體以及復(fù)合材料等難加工材料進(jìn)行微細(xì)加工，因其在加工中無熱影響區(qū)，不改變工件的材料性能，已在微細(xì)加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文首先根據(jù)微磨料水射流基本理論，設(shè)計(jì)出前混合式微磨料水射流加工系統(tǒng)，主要包括供壓系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及輔助裝置5個(gè)部分，通過對(duì)各個(gè)系統(tǒng)元件的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功研制出微磨料水射流加工系統(tǒng)。系統(tǒng)的最大工作壓力為35MPa，能夠?qū)崿F(xiàn)磨料的均勻和穩(wěn)定供給。采用平均直徑為1.8μm的氧化鋁磨料，通過出口直徑為
5、97.8μm的噴嘴可以形成微細(xì)磨料水射流。其次在流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)上，利用Fluent對(duì)噴嘴內(nèi)外流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。以圓柱形、圓錐形和錐直形3種噴嘴為研究對(duì)象，采用多相流中的VOF模型和DMP模型對(duì)噴嘴內(nèi)外固液氣三相流場(chǎng)建立仿真模型并計(jì)算，綜合分析流場(chǎng)中的壓力和速度分布、射流的核心段長度以及射流的集束性，發(fā)現(xiàn)圓錐形噴嘴比較適用于微磨料水射流加工，并研究了噴嘴長度和錐角對(duì)射流流場(chǎng)的影響，從而優(yōu)選出噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)。隨后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。最后運(yùn)用所研制的前混合式微磨料水射流加工系統(tǒng)對(duì)厚度為0.1mm的不
6、銹鋼薄板進(jìn)行切割加工實(shí)驗(yàn)，所形成的切口為上寬下窄的倒梯形。通過研究噴射壓力、噴射靶距、進(jìn)給速度和磨料濃度對(duì)加工效果的影響，發(fā)現(xiàn)進(jìn)給速度和磨料濃度對(duì)切口寬度影響比較顯著，噴射壓力和磨料濃度對(duì)加工效率影響比較顯著。在射流核心段范圍內(nèi)，噴射靶距的變化對(duì)加工效率的影響不顯著。噴射壓力、噴射靶距和磨料濃度的提高以及進(jìn)給速度降低，都會(huì)導(dǎo)致切口變寬。該系統(tǒng)對(duì)0.1mm厚的不銹鋼薄板切割的最小特征尺寸為100μm以下。最終利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜圖形及圖案的加工，并具有良好的加工質(zhì)量。關(guān)鍵詞：微磨料水射流；加工系統(tǒng)；噴嘴；數(shù)值模擬；切割-I
7、-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractModernmanufacturingtechnologyisdevelopingtowardstheminiaturizationofproductandprocessing.Althoughthematerialformicropartshasbeenmoredifficulttomachining,highermachiningaccuracyisrequired.Asaresult,weencounteragreatchallengeinmicromachining
8、technology.Microabrasivewaterjetworkingwiththejetdiametersfrom10μmto100μmdevelopsrapidlyinrecenttenyears.Microabrasivewaterjetisreallysuitableforprecisionmicro
