[发明专利]一种超高压水射流加工中材料去除模型获取方法及系统

权利要求书

1.一种超高压水射流加工中材料去除模型获取方法，其特征在于，包括：

求解单颗磨粒冲蚀运动的动力学方程，得到所述单颗磨粒的运动轨迹方程；

对所述运动轨迹方程进行积分，获取所述单颗磨粒在切削时间内的材料去除量的第一表达式；

获取所述单颗磨粒的切削停止条件，并根据所述切削停止条件求解所述第一表达式，得到所述单颗磨料的材料去除量的第二表达式；

根据单位时间内水射流加工过程中磨粒的流量及所述第二表达式，得到超高压水射流加工的材料去除率的第三表达式，所述第三表达式即为超高压水射流加工中材料去除模型；

所述获取所述单颗磨粒的切削停止条件，具体包括：

判断所述单颗磨料的冲蚀角度与临界冲蚀角度的大小关系；

若判断获知所述冲蚀角度大于所述临界冲蚀角度，则所述切削停止条件为所述单颗磨料在平行于待加工工件表面方向停止划擦运动；若判断获知所述冲蚀角度不大于所述临界冲蚀角度，则所述切削停止条件为所述单颗磨料切除所述待加工工件表面；

在所述根据单位时间内水射流加工过程中磨粒的流量及所述第二表达式，得到超高压水射流加工的材料去除率的第三表达式之前，还包括：

获取所述单颗磨料的冲击速度的第四表达式；

将所述单颗磨料作为圆球形状，并根据所述第四表达式得到所述单颗磨粒的动能的第五表达式；相应地，

所述根据单位时间磨粒的流量及所述第二表达式，得到超高压水射流加工的材料去除率的第三表达式，具体包括：

根据单位时间磨粒的流量、所述第二表达式及所述第五表达式，得到超高压水射流加工的材料去除率的第三表达式；

所述超高压水射流加工材料去除率模型为：

其中，δ_f为材料屈服极限，K为磨粒对材料划擦的垂直分力与水平分力之比，β为划痕塑性隆起高度与压入深度之比，ρ为材料密度，M为加工中单位时间磨粒的流量，w为超高压水射流加工的材料去除率，m_p为单颗磨粒质量，ρ₀为磨粒密度，d_p为单颗磨粒平均直径，C_η总冲蚀转换效率系数，P为射流水压力，ρ_w为水密度，R'为射流中磨料与水的质量比，α为冲蚀角度；

所述单颗磨粒冲蚀运动的动力学方程为：

其中，σ_f为材料的屈服极限，K为磨粒对材料划擦的垂直分力与水平分力之比，β为划痕塑性隆起高度与压入深度之比，b为磨粒宽度，I为磨粒的转动惯量，为磨粒冲击过程转角，r为磨粒名义半径。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述求解单颗磨粒冲蚀运动的动力学方程，得到所述单颗磨粒的运动轨迹方程之前，还包括：

根据水射流中所述单颗磨粒冲蚀运动过程中的受力状态，获取所述单颗磨粒冲蚀运动的动力学方程。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述求解单颗磨粒冲蚀运动的动力学方程，得到所述单颗磨粒的运动轨迹方程，具体包括：

根据所述单颗磨粒冲蚀运动的初始条件求解所述动力学方程，得到所述单颗磨粒的运动轨迹方程。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述判断所述单颗磨料的冲蚀角度与临界冲蚀角度的大小关系之前，还包括：

将所述待加工工件加工面的余纹角作为对应的所述冲蚀角度的近似值；

根据所述冲蚀角度的近似值，利用回归分析法获取所述冲蚀角度。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取所述单颗磨料的冲击速度的第四表达式，具体包括：

根据超高水射流加工过程中水压力及喷嘴系数，获取所述单颗磨料的冲击速度的第四表达式。