磨料水射流加工对模具钢表面粗糙度的影响

作者：Ankush Sharma, D. I. Lalwani

1. 引言　　磨料水射流加工（AWJM）该工艺是一种新型的金属和非金属材料去除技术。在AWJM在工艺中，通过腐蚀实现材料去除；腐蚀研究可分为两个阶段：磨料颗粒流量、颗粒喷射方向和速度；材料去除率的计算，即腐蚀率。切割不锈钢、合金钢、钛合金、铝、陶瓷复合材料、花岗岩、橡胶铝、陶瓷复合材料、花岗岩、橡胶和木材的能力。本论文利用AWJM工艺对AISI H对工件材料、工具规格、加工参数、表面粗糙度测量、表面形态等进行了研究。2. 实验2.1 工件材料　　实验采用长40mm，宽20mm，厚度12mm(如图1所示)AISI H13模具钢；AISI H13锻模、挤压钢模、铸模材料、热加工剪刀等。将材料加热到950 ℃然后自然冷却高温保温20分钟。热处理后获得的硬度为47.0±1.0 HRC。表一为AISI H13模具钢的化学成分和机械性能。

2.2 磨料水射流机　　用CNC磨料水射流器对AISI H切割模具钢13台，机器3000台MPa压力泵更大流量为3.1 lpm；重力自流进料箱、空气控制阀、1400mm×1400mm的工作台。喷嘴装置由蓝宝石材料制成，孔径0.25mm；聚焦管由碳材料制成，内径0.76mm，聚焦管长度为70mm。2.3 加工参数　　表二为AISI H13模具钢切割加工参数。

实验中的其他加工参数为常量，保持不变。冲击角90°，孔径0.25mm，喷嘴直径0.76mm，磨料粒度80目。2.4 测量表面粗糙度　　尖笔表面粗糙度仪(型号:Mitutoyo SJ-210)测量平均表面粗糙度。试样长度0.8mm，测量长度4mm，评估长度3.2mm。2.反应曲面分类研究方法（RSM）　　实验通过RSM多个输入参数是如何影响输出参数并更大化或更小化输出参数的？3.结果和讨论　　研究磨料水射流过程中加工参数对表面粗糙度的影响；利用Design Expert 8.0.7.软件获得表面粗糙度模型。表三是表面粗糙度设计矩阵。

表四是表面粗糙度ANOVA压力从表中可见（A），横向速度（B），SOD（C）与压力交互，以及SOD（AC），横向速度和SOD（BC）等模型比较明显；而不明显的模型则采用反向消除法去除。表4还给出了因子的百分比影响程度和曲度。曲度不显著，这意味着模型是线性的。与纯误差相比，适度缺失并不明显，说明模型与实验数据相匹配。横向速度（B）76%的百分比影响.81 %，说明它对表面粗糙度影响更大。

SS综合平方；dof为自由度；Rem为备注栏；S为显着；NS为不

显着。　　图2是监测参量效应对表面粗糙度的影响的主要效应图。从图中可以看出，压力大，横向速度低。SOD表面粗糙度更小。图二（a）水压对表面粗糙度的影响：当水压较低时，表面粗糙度值更大；表面粗糙度值随水压的增加而降低。由于水压的增加，脆性磨料的破碎变小，从而降低了表面粗糙度。随着水压的增加，磨料的动能也增加，从而加工出更光滑的表面。　　图二（b）横向速度与表面粗糙度的关系。从图中可以看出，横向速度对表面粗糙度的影响非常明显。　　为了降低加工成本，用户通常会设置更大的横向速度，但这也会导致更大的表面粗糙度，因为当水平速度增加时，单位面积上的有效磨料较少，有效切割刃较少，导致表面粗糙度较大。　　图二（c）为 SOD表面粗糙度的主效应图可以在图中看到SOD对表面粗糙度影响不大；表面粗糙度随之而来；SOD增减。图3显示了压力、横向速度和SOD对表面粗糙度的共同影响。

根据实验结果建立反应曲面公式(模型)：

图4、5为

反应曲面图，横向速度为常量20mm/min、压力为常量216MPa表面粗糙度是为了获得表面粗糙度。　　压力-横向速度根据图4和图5确定SOD为2mm表面粗糙度等值线图。

4. 结论　　中心复合设计中的序贯法节省了实验次数。　　非线性模型适用于表面粗糙度，无需额外实验即可验证。　　水压和SOD设置较高的实验临界值(240MPa，6mm）实验临界值水平速度较低(10mm/min）表面抛光效果好。　　变量分析（ANOVA）在显示面粗糙度模型的影响下，度模型的76%.81 二是压力，SOD、压力和SOD交互影响、横向速度和SOD互动影响。(编译:中国超硬材料网)