磨料射流抛光中各工艺参数对材料去除率及抛光区形貌的影响2

2.1　入射角度对抛光特性的影响

试验中抛光液浓度为4%(这里的浓度抛光液中磨粒的质量分数,下同),射流速度为25m/s,入射距离为15mm,工作时间为3min。试验得到的不同角度与抛光区域最大去除深度的关系如图3所示。结果表明,入射角度在45°～ 90°之间时,角度越小,最大去除深度越深,但这并不意味着去除量越大,这是由于抛光区域的形状不同所致,如图4所示。当以90°垂直入射时,抛光区域呈规则的圆环状分布。在抛光区的中心处,材料去除量最小,几乎为零,而自中心沿径向外延时,去除量呈先增加后减小的趋势,因此垂直入射时的抛光区域去除函数呈W形分布。随着入射角度的减小,抛光区域逐渐由圆环状变为月牙形,其中75°入射时还隐约可见外圆环,当入射角度为45°时,去除函数则变成月牙形。

设η为剪切应力与最大剪切应力之比,即η=τ/τmax;ξ为射流半径与入射距离之比,即ξ=

r/ d。根据射流与冲击力学理论[7,8],在垂直壁面冲击射流区η与ξ的关系分布如图5所示,其中,虚线部分代表径向的反方向,即r< 0。由图5可知,从ξ= 0到η达到最大值,η随ξ的增大几乎呈线性增加达到最大值,然后随ξ的进一步增大而减小。该曲线从理论上解释了射流垂直入射时W形去除函数的成因,也进一步验证了径向剪切应力是射流抛光中材料去除的最主要原因。