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高压磨料水射流切割工程陶瓷研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-08-27 03:01:24 来源: 作者:用户36729    浏览次数:0    
摘要

工程陶瓷材料具有高的强度和硬度,尤其具有优良的耐热性、低的传导性与热膨胀性、很高的耐磨性及抗氧化性等优点,使其在电子、机械、化工、航空航天等工业得到广泛应用。随着科学技术发展,其应用领域将愈来愈广泛。由于工程陶瓷材料具有高的强度和硬度,因此用传统的金属加工方法难于实现。高压磨料水加工是近20年来发展起来的一门新技术,具有切割速度快、无热效应、节约材料、不变形等优点。通过。为喷嘴的磨损量与压力之间关...

工程陶瓷材料具有高的强度和硬度,尤其具有优良的耐热性、低的传导性与热膨胀性、很高的耐磨性及抗氧化性等优点,使其在电子、机械、化工、航空航天等工业得到广泛应用。随着科学技术发展,其应用领域将愈来愈广泛。由于工程陶瓷材料具有高的强度和硬度,因此用传统的金属加工方法难于实现。高压磨料水加工是近20年来发展起来的一门新技术,具有切割速度快、无热效应、节约材料、不变形等优点。通过。为喷嘴的磨损量与压力之间关系曲线。从图中可以看到磨损量随压力增大而增加。压力增加,水射流速度增大,磨料冲击动能加大,磨料对喷嘴的冲击力加大。由此造成磨损量加大。此外,水射流速度加大,单位时间内进入喷嘴的磨料数量也增加,导致磨料冲撞机率加大及对喷嘴内孔表面冲击次数增加。喷嘴的耐磨性除上述因素外,还取决于喷嘴表面硬度和喷嘴材料。通过表2可以看到硬质合金的显微硬度为1700Hv,而陶瓷的显微硬度为1400Hv.硬质合金的硬度要比陶瓷大得多,从中也可以看到,硬质合金的耐磨性比陶瓷高出十几倍。由于陶瓷喷嘴的材料所含的纯度、粒度和烧结工艺等诸因素也影响了其表面的硬度和耐磨性。陶瓷喷嘴内表面被冲蚀成较深的沟痕,凸出的部位对高速磨料形成很大的阻力,从而加速了磨损量的增加。从实验结果上看,所采用的石榴石磨料硬度高达1300Hv,几乎接近于陶瓷硬度,也加大了对陶瓷的冲蚀磨损。另外,喷嘴内表面的粗糙度对耐磨性也具有很大影响。由于喷嘴大多数都是脆性材料制造的,表面粗糙度大,形成阻力大,容易产生冲击裂纹,造成磨损加剧。

是硬质合金喷嘴磨损表面的SEM照片,可以看到表面有较深的冲蚀沟痕。后混合高压磨料水射流,其混合过程和机理较为复杂。有三个因素是磨料能够混合进入射流的动力。一是磨料仓磨料高度产生的重力,此因素的作用主要是起到把磨料不断填入混合腔的动力;二是高速水射流产生的真空卷吸作用,这是磨料能够靠近射流的主要动力;三是水射流对磨料的冲刷作用使其紊流流动,进入射流。实际中一次进入射流的磨料较少,大部分磨料经过几次碰撞后进入射流。由于初始时磨料之间激烈碰撞,磨料对孔壁冲击次数较多,同时,磨料粒度也大,造成喷嘴入口段比出口段磨损较严重。由于喷嘴是由WC和Co制造,材料脆性大,内表面在高速磨料冲击:作用下,表面易形成微裂纹,由裂纹扩展形成凹坑。尤其是当组成硬质合金的WC粒度较大时,有些粗大颗粒很容易被冲击掉。此外,从喷嘴的磨损能谱图(、)中可以看到,磨损前喷嘴的主要成分是WC和Co,磨损后表面的成分除WC和Co以外,还出现了AL、Fe等石榴石元素成分。这主要是高压磨料水中的石榴石磨料与喷嘴表面产生强烈摩擦,表面瞬间温度增高,接触表面产生较大的化学活性,造成石榴石元素扩散到喷嘴中,改变了WC与Co结合强度,降低表面硬度,导致耐磨性下降。同时从磨损的表面能谱中还可以看到有氧的成分,在高速水冲击作用下,有可能水产生:气化,造成表面氧化,也导致表面硬度下降。

3结论高压磨料水切割工程陶瓷材料时切割深度主要与水的压力成正比,与喷嘴的移动速度成反比。切屑主要是磨料的冲击,导致表面裂纹的形成产生断裂。磨料水喷嘴的磨损由部分氧化和冲蚀造成。喷嘴的硬度对冲蚀磨损影响很大,同时喷嘴材料对其氧化也有一定的影响。

喷嘴的耐磨性主要受到水的压力影响,并与压力成正比。

 
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