【摘 要】
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钨被认为是最具潜力的托卡马克装置面向等离子体材料,轧制钨板的性能更接近理论值而符合托卡马克装置的极端环境下使用需求,轧制钨板加工是磁约束受控核聚变大科学装置建造的关键技术之一。针对慢走丝切割轧制钨板工艺存在加工表面微裂纹、加工效率低等问题,同时为满足轧制钨板加工表面粗糙度调控需求,本文提出磨料水射流加工轧制钨板的新思路,主要研究内容如下。介绍磨料水射流的基本原理和应用范围,分析前混合磨料水射流和后
【基金项目】
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安徽省自然科学基金项目-磨料水射流加工聚变装置用钨的冲蚀机理与表面形貌调控研究（2108085QE227）; 安徽省科学技术厅
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钨被认为是最具潜力的托卡马克装置面向等离子体材料,轧制钨板的性能更接近理论值而符合托卡马克装置的极端环境下使用需求,轧制钨板加工是磁约束受控核聚变大科学装置建造的关键技术之一。针对慢走丝切割轧制钨板工艺存在加工表面微裂纹、加工效率低等问题,同时为满足轧制钨板加工表面粗糙度调控需求,本文提出磨料水射流加工轧制钨板的新思路,主要研究内容如下。介绍磨料水射流的基本原理和应用范围,分析前混合磨料水射流和后混合磨料水射流的工作原理和技术特点,研究磨料水射流的流束结构、流体力学特性以及主要水力参数计算的数理基础,建立磨料水射流研究的理论基础。分析钨的高密度、高熔点等物理特性,研究轧制钨板脆硬性、亲和力强等难加工特性,提出磨料水射流加工轧制钨板的效率优势和技术可行性。研究SPH方法的基本数学原理、SPH方法耦合FEM方法数值模拟的理论基础等磨料水射流加工数值模拟的数理基础,分析SPH方法耦合FEM方法进行磨料水射流切割轧制钨板的优势。利用LS-DYNA软件进行基于SPH耦合FEM方法的磨料水射流冲蚀轧制钨板的数值模拟,分析材料冲蚀中的粒子运动特性等过程,提出磨料水射流去除钨材料的作用机理假设。分析磨料水射流去除塑性材料、脆硬材料的作用机理,提供研究磨料水射流去除脆硬金属钨的理论基础。基于5自由度前混合磨料水射流切割平台,设计开展磨料水射流切割轧制钨板的小批量试验。利用切面粗糙度数值进行试验因素的极差分析,分析切割速度、射流压力对切面粗糙度的影响规律,发现切割速度对切面粗糙度影响较大,射流压力对切面粗糙度影响较小。利用扫描电镜取得切面的微观形貌,分析脆性断裂、犁削损伤等冲蚀痕迹,确定磨料水射流去除轧制钨板的作用以脆性断裂为主、犁削损伤为辅。基于影响切面粗糙度的关键因素,增加试验因素的种类,提高试验因素的水平,设计开展磨料切割轧制钨板的批量试验,获得更加全面的样本数据。基于批量切割试验取得的切面粗糙度样本,利用线性回归方法建立切割工艺参数与切面粗糙度之间的多元二次响应曲面回归模型;利用人工神经网络方法,建立基于切割工艺参数的切面粗糙度BP人工神经网络预测模型。对两种模型进行比较和试验验证,发现BP人工神经网络预测模型具有较高的准确性。本文开展磨料水射流冲蚀、切割钨的数值模拟和试验,分析冲蚀仿真结果及试样冲蚀痕迹,揭示磨料水射流去除钨的冲蚀机理,确定影响切割效率和表面形貌的关键因素,建立磨料水射流切割钨的工艺参数模型,构建了基于工艺参数模型的表面粗糙度调控方法。图[20]表[12]参[67]
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