【摘要】：等離子弧切割(PAC)以其高效、應(yīng)用范圍廣、切割面光潔以及熱變形小等特點,成為最常用的熱切割方法之一,但它在中/厚板切割應(yīng)用時仍存在大量的工藝難題,如坡口斜角大、掛渣多等。磁再約束等離子弧切割是一種優(yōu)化和改進的熱切割工藝方法,它通過外加磁場來改變等離子弧的物理特性,優(yōu)化等離子弧與工件之間的熱量和動量交換過程,從而改善切割質(zhì)量,但目前已有的相關(guān)研究都停留在工藝試驗以及薄板切割方面,還缺乏對中/厚板磁再約束等離子弧切割工藝的深入研究。在國家自然科學(xué)基金項目(項目編號:E51375173)、廣東省工業(yè)高新技術(shù)領(lǐng)域科技計劃項目(項目編號:2013B010402007)等項目的資助下,本文以縱向磁場再約束空氣等離子弧切割工藝為研究對象,以提高中/厚板切割質(zhì)量和降低二次加工成本為研究目的,將數(shù)值模擬和工藝實驗相結(jié)合,研究了基本切割工藝參數(shù)和外加縱向磁場對切割過程及切口質(zhì)量的影響規(guī)律。論文首先闡述了課題背景,分析了等離子弧切割工藝的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,重點分析了磁再約束等離子弧切割技術(shù)的研究進展。然后,針對現(xiàn)有研究的不足之處,提出了磁再約束等離子弧切割工藝的數(shù)值模擬方法,基于磁流體動力學(xué),建立控制方程組,設(shè)計了合適的計算區(qū)域并定義了邊界條件,建立了切割等離子弧與工件統(tǒng)一分析的數(shù)值模型。其次,基于SIMPLE算法,采用Fluent軟件研究了切割電流、氣體流量等重要過程參數(shù)和外加縱向磁場的磁感應(yīng)強度對電弧等離子體的溫度場、流場及工件熔化區(qū)域分布等的影響規(guī)律。最后,通過等離子弧切割工藝實驗和高速攝影研究,對切割工藝過程進行了分析,探索了基本切割工藝參數(shù)(切割電流、氣體流量、切割速度等)和磁場裝置的勵磁電流對切口質(zhì)量(坡口斜角、表面粗糙度、切口寬度等)的影響規(guī)律。數(shù)值模擬為切割工藝優(yōu)化提供了理論依據(jù),工藝實驗也驗證了數(shù)值模型的可靠性。結(jié)果表明,切割電流和氣體流量會顯著影響切割等離子弧的溫度場和速度場,它們會通過改變等離子弧對工件的熱輸入和動量輸入來影響切口成形質(zhì)量;噴嘴高度和切割速度都會對切割質(zhì)量造成一定的影響,合適的參數(shù)值才能保證高質(zhì)量的切口;當(dāng)外加縱向磁場的磁感應(yīng)強度較小時,電弧等離子體的溫度場和軸向速度分量變化較小,但周向速度分量會隨磁感應(yīng)強度增大而明顯增大,旋轉(zhuǎn)運動提高了切割等離子弧的穩(wěn)定性和挺度,改變了工件兩側(cè)的受熱平衡,可用來控制工件切口的坡口斜角。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG483

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2562225