基于磨料水射流的钛合金表面处理研究

• 作 者: 周正
• 出 处: 西华大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 磨料水射流 材料去除机理 FLUENT仿真 正交实验 回归分析

针对热门材料钛合金工件的表面处理,采用传统的机械抛光、电化学抛光或手动抛光方式,其抛光精度和抛光效率都较低,不环保,对工人的劳动强度大,且接触式的抛光方法使工件表面易变形、易损伤。因此,本文基于磨料水射流提出了一种抛光钛合金工件的新方法,并基于磨料水射流的材料冲蚀去除机理、磨料粒子对工件的作用力分析,结合流体冲蚀仿真和单因素实验对磨料水射流抛光钛合金的可行性进行验证。最后采用正交实验优化抛光工艺参数并建立表面质量的预测模型,并对模型进行检验,得出磨料水射流用于钛合金工件表面抛光是切实可行的。本文具体的内容如下:(1)磨料水射流技术的背景知识和冲蚀材料去除机理。首先基于流体的喷嘴流动理论,对喷嘴结构进行了仿真优选,得出磨料水射流抛光喷嘴应采用流线型喷嘴或锥直型喷嘴。然后阐述了磨料水射流的基本结构与基本参数。最后针对磨料水射流的抛光机理分析了单颗磨料粒子对材料的作用力模型以及材料的去除机理。(2)针对五种不同的工艺参数(即仿真因素):射流压力、靶距、冲击角度、磨料浓度、磨料平均粒径(磨料粒度)。利用CFD数值模拟软件FLUENT对磨料水射流冲蚀钛合金工件表面进行仿真,基于控制变量法研究单个因素在不同的水平下工件冲蚀面所受到的作用力和磨料粒子在工件冲蚀面的速度分布。(3)设计基于控制变量法的单因素实验,用实验数据定性研究各个工艺参数对抛光钛合金工件所得表面质量的影响。对实验结果进行分析,并与仿真分析结果进行对比,两者所得结论基本一致。(4)利用正交实验对本文研究的五个工艺参数进行优化,得到钛合金工件表面抛光的最优参数组合。利用统计学中回归分析的方法对实验数据点进行多元非线性曲线拟合,建立钛合金工件表面质量的预测模型,并对模型进行检验。