磨料射流拋光中各工藝參數對材料去除率及拋光區形貌的影響2

2.1　入射角度對拋光特性的影響

試驗中拋光液濃度為4%(這里的濃度拋光液中磨粒的質量分數,下同),射流速度為25m/s,入射距離為15mm,工作時間為3min。試驗得到的不同角度與拋光區域最大去除深度的關系如圖3所示。結果表明,入射角度在45°～ 90°之間時,角度越小,最大去除深度越深,但這并不意味著去除量越大,這是由于拋光區域的形狀不同所致,如圖4所示。當以90°垂直入射時,拋光區域呈規則的圓環狀分布。在拋光區的中心處,材料去除量最小,幾乎為零,而自中心沿徑向外延時,去除量呈先增加后減小的趨勢,因此垂直入射時的拋光區域去除函數呈W形分布。隨著入射角度的減小,拋光區域逐漸由圓環狀變為月牙形,其中75°入射時還隱約可見外圓環,當入射角度為45°時,去除函數則變成月牙形。

設η為剪切應力與最大剪切應力之比,即η=τ/τmax;ξ為射流半徑與入射距離之比,即ξ=

r/ d。根據射流與沖擊力學理論[7,8],在垂直壁面沖擊射流區η與ξ的關系分布如圖5所示,其中,虛線部分代表徑向的反方向,即r< 0。由圖5可知,從ξ= 0到η達到最大值,η隨ξ的增大幾乎呈線性增加達到最大值,然后隨ξ的進一步增大而減小。該曲線從理論上解釋了射流垂直入射時W形去除函數的成因,也進一步驗證了徑向剪切應力是射流拋光中材料去除的最主要原因。