高速高效磨料水射流车削关键技术研究

本项目将磨料水射流加工技术和车削成形原理有机地结合起来，提出了一种沿回转工件径向小靶距冲蚀的高速、高效、近无损伤磨料水射流车削新技术。与传统磨料水射流车削不同，该新技术采用超高速磨料水射流对工件进行垂直冲击和冲蚀而实现车削，使脆性材料和塑性材料均实现以脆性冲蚀机理为主的材料去除方式；采用高的工件表面线速度，来降低磨料粒子与工件表面和切屑之间的相互干涉，显著提高材料去除率。研究高速磨料水射流车削时材料去除的宏观动态过程和宏观去除机理、在冲击波和冲蚀耦合作用下材料的微观去除机理，并建立高速磨料水射流车削的材料去除率模型、切削深度模型、表面波纹度和表面粗糙度模型，在此基础上建立高速磨料水射流车削工艺系统稳健性约束优化模型，以期实现高速、高效、高质量车削难加工材料的目标。本项目的研究成果将为磨料水射流车削新技术的推广应用奠定坚实的理论和技术基础，具有重要的理论意义和实际应用价值。

本研究提出了一种沿回转工件径向小靶距冲蚀的高速、高效磨料水射流车削新技术。该新技术采用超高速磨料水射流对工件进行垂直冲击和冲蚀而实现车削，使脆性材料和塑性材料均实现以脆性冲蚀机理为主的材料去除方式；采用高的工件表面线速度，来降低磨料粒子与工件表面和切屑之间的相互干涉，显著提高材料去除率。研究了高速磨料水射流车削时的材料去除机理、在冲击力和冲蚀耦合作用下材料的微观去除机理，建立了高速磨料水射流车削的材料去除率模型、切除深度模型和表面粗糙度模型，在此基础上建立了高速磨料水射流车削工艺系统约束优化策略，实现了高速、高效、高质量车削难加工硬脆材料的目标。本课题的研究成果为磨料水射流车削新技术的推广应用奠定坚实的理论和技术基础，具有重要的理论意义和实际应用价值。. 提出了超高速(417-528m/s) 冲击陶瓷过程的有限元模型。基于JH-2陶瓷模型，使用有限元法预测了氧化铝陶瓷的材料去除体积和切除深度。切除深度的预测值与实验结果一致，二者之间的平均相对误差小于15%。陶瓷材料的主要去除机理是裂纹萌生和扩展，裂纹聚合和微孔洞产生了大范围材料去除。因此，有限元模型能够有效地预测磨料水射流车削过程中氧化铝陶瓷切除深度。. 建立了基于响应曲面法的切除深度和表面粗糙度预测模型、工艺参数优化模型。研究了重要工艺参数的交互作用对切除深度和表面粗糙度的影响。切除深度和表面粗糙度的实验值与预测值之间的绝对平均误差在5%以内。因此，建立的预测模型能够有效地预测磨料水射流车削氧化铝陶瓷的切除深度和表面粗糙度。