Simulation analysis of striation phenomena in abrasive water jet cutting (AWJC) process of AISI 304 stainless steel

Análisis de simulación de fenómenos de estriación en el proceso de corte por chorro de agua abrasivo (AWJC) de acero inoxidable AISI 304

La tecnología de corte por chorro de agua abrasivo (AWJC) se ha utilizado ampliamente en el campo del procesamiento de metales. Sin embargo, la generación de estrías deteriora la calidad del corte. En este trabajo, se utiliza la hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH) acoplada al método de elementos finitos (FEM) para simular y analizar el proceso de corte de acero inoxidable AISI 304. Los resultados muestran que la disminución del ángulo del chorro dará lugar a una erosión desigual de las partículas abrasivas, que es causada por la generación del fenómeno de estriación. La investigación puede profundizar en la comprensión de los fenómenos de estriación en el proceso de mecanizado de metales.

INTRODUCCIÓN

El chorro de agua abrasivo (AWJ) puede cortar eficazmente todo tipo de materiales metálicos [1]. A diferencia de otros métodos de corte, el AWJC no presenta daños térmicos evidentes durante el proceso de corte del metal [2].

El fenómeno de estriación es una característica común del proceso de corte por chorro [3]. La estriación aparece siempre junto con el proceso AWJC cuando se corta un material particular de cierto espesor a altas velocidades transversales [4]. Diversas investigaciones han informado sobre los posibles factores que influyen en la formación de estrías, que pueden clasificarse en la naturaleza de la formación de escalones durante el proceso de corte, las características dinámicas del AWJ y la vibración del sistema de mecanizado por chorro [5, 6]. Estos estudios promueven la comprensión de la estriación, pero los mecanismos de formación de la estriación siguen siendo equívocos.

Teniendo en cuenta las limitaciones del estudio experimental, en este trabajo se simula el proceso AWJC mediante el método FEM acoplado SPH y se analiza el efecto del ángulo del chorro en las características de los cráteres de erosión. De acuerdo con lo anterior, se puede explorar el mecanismo de generación de estrías.

MODELADO DE SIMULACIÓN AWJC

SPH es un método sin malla basado en el principio de Lagrange. Mediante el uso de una serie de partículas para discretizar el dominio computacional, puede exhibir eficazmente el proceso de deformación sin el problema de divergencia y distorsión [7, 8].