磁场辅助微细磨料水射流加工系统的研制

通过研制磁场辅助微细磨料水射流加工系统以提高微细磨料水射流加工的稳定性,增强磨料水射流的能量,提高其加工能力。该加工系统主要由多轴运动装置、磁场发生装置、气液增压系统、微细磨料混合装置及其控制系统组成。微细磨料水射流的增压系统采用气液增压方式;磨料供给装置采用前混合式;利用Ansys软件优化设计磁场分布,以便获得喷嘴内均匀分布的磁场;其控制系统主要以PLC为核心控制元件,实现对喷嘴的运动、磁场、系统供压、磨料供给等的集成控制。通过设计人机交互控制界面实现磁场辅助微细磨料水射流加工系统的在线操作及控制。

磁场辅助微细磨料水射流脉冲式供料装置的设计

利用气压输送原理结合外加磁场辅助作用,设计了用于微细磨料水射流抛光加工用的供料装置,以实现微细磁性磨料供给的稳定性和可控性。磁场辅助微细磨料水射流脉冲式供料装置主要由料仓、气源、调压阀、截止阀、脉冲发射器、电磁控制器、供气管和供料管组成。其中该装置的调压阀与气源连接,控制输送气体的工作压力,工作气体通过管道由下而上进入料仓,将磨料在料仓内呈雾状并通过料仓出口流出,经由管路,流动到节流阀,通过脉冲发射装置控制节流阀动作频率和开合度,以便控制管道内的磨料流量,实现间歇性供料。输送的磨料受到喷嘴附近的磁场作用,磨料的速度和运动方向进一步调整至最佳,从而提高射流与磨料的混合质量。

微细磨料喷射刻线试验研究

开发了微细磨料间歇喷射加工系统,在K9光学玻璃上进行刻线试验。获得喷射压力、喷射距离、喷射次数、喷嘴相对工件移动速度等工艺参数对刻线深度和宽度的影响规律。

微细磨料喷射加工仿真与实验研究

利用流体动力学仿真软件CFX对微细磨料喷射加工中,影响加工效果的喷射压力、喷射距离等影响因素进行仿真,模拟出不同参数下磨料微粒的速度、工件表面所受压力的分布规律,并与实验结果进行对比,验证仿真结果的正确性。

超声辅助微细磨料水射流冲蚀K9玻璃的实验研究

目的提高微细磨料水射流对硬脆材料的加工能力,改善加工表面的形貌和质量。方法引入超声振动作为辅助手段,使工件在垂直于加工表面方向作小振幅超声频振动。以K9玻璃为加工对象,利用自主设计搭建的超声辅助微细磨料水射流加工装置进行微孔冲蚀加工实验,并以无超声振动时的微孔加工实验作为对照。借助超景深三维显微镜对各实验条件下所加工的微孔进行观测,获取其尺寸和截面轮廓数据,研究超声振动对微孔尺寸、形貌的影响。结果微孔的深度和顶部直径与射流压力的大小和加工时间的长短呈正相关。超声振动的引入,显著增加了微孔的深度,实验中深度的最大增幅达54.6%,但微孔顶部直径略有减小,最大降幅为8.2%,总体的材料去除量有所提升。塑性冲蚀作用主导了材料的去除过程,微孔的截面呈典型的“W”形。在引入超声振动后,“W”形截面形貌得到了改善,微孔中心凸起部分的材料得到更多的去除,底面平坦程度得到提升。结论超声振动的引入增强了微细磨料水射流对K9玻璃的冲蚀性能,超声辅助微细磨料水射流加工技术可以实现对K9玻璃等硬脆材料的高质量、高效率加工。

多物理场作用下磁场辅助微细磨料水射流流场数值模拟

为了解决磨料水射流加工过程中射流分散以及磨料分布随机的问题,采用在聚焦管处加入辅助磁场的方法。利用COMSOL Multiphysics软件数值模拟磁场辅助磨料水射流喷嘴内外在多物理场作用下流场分布规律,采用湍流、粒子追踪、磁场三模块分析磁性磨料在磁场、重力场、流场等多物理场作用下的运动状况,仿真结果表明:施加辅助磁场后,射流的发散性减弱,准直性增强,在磁场、重力场和流场的耦合作用下,微细磨料被约束在射流轴线附近,实现了磨料的聚集效应。模拟结果表明,辅助磁场有助于提高磨料水射流加工效率和加工表面质量。

基于LS-DYNA的微细磨料小角度冲蚀氧化铝陶瓷材料去除机理数值模拟

借助LS-DYNA软件数值模拟微细磨料小角度冲蚀氧化铝陶瓷材料过程,分析微细磨料对陶瓷材料去除机理。采用Ls-DNYA显式算法、ESTS侵蚀接触算法和JH-2陶瓷材料本构关系模型,分别建立球形和八面体磨料模型,比较分析磨料形状、速度,冲蚀角度对于陶瓷材料去除的影响规律。结果表明磨料速度越大,则陶瓷变形量越大,应力和应变范围也越大;冲蚀角度越大,则磨料的法向冲击力越大,变形和应力也越大。八面体磨料的各侧面锋刃与工件相互作用,对工件材料产生犁耕作用,冲蚀的表面较规则。

超声辅助微细磨料水射流加工装置的研制及实验研究

为了提高磨料水射流的加工性能,设计了超声辅助微细磨料水射流加工系统,磨料供给采用前混合方式。超声喷嘴装置是该系统的关键,并研究了其加工机理,利用超声振动产生具有空化效应的脉冲水射流,通过脉冲射流的高强度动压力作用和空化作用以提高磨料水射流的加工能力。变幅杆是超声装置的核心部件,通过有限元分析验证变幅杆的性能,确保变幅杆能够有效且准确地工作。冲蚀实验证明:超声振动作用可以提高冲击力及材料去除率。然而,随着振幅的增加,表面质量下降。

微细磨料水射流切割技术的研究进展

产品小型化和加工过程微型化是现代制造加工业的发展趋势,为适应微器件的精加工,在常规磨料水射流切割技术基础上,微细磨料水射流切割技术逐渐改进和发展起来了。微细磨料水射流直径在1～100μm之间,比常规磨料水射流直径(500～1200μm)小一个数量级,其割缝宽度、表面质量已达到激光切割的加工水平。微细磨料水射流特别适合对金属、陶瓷、半导体以及高分子聚合物等难加工的硬脆材料进行微细加工,是一种具有广阔应用前景的全新微型加工技术。为了解该项技术的最新发展情况,该文介绍了微细磨料水射流的特点、射流的生成方式及切割机理,以及影响切割性能的主要参数和部分工业应用实例,最后提出了微细磨料水射流切割技术有待深入研究的问题和今后的发展趋势。

磨料喷射微细加工应用基础研究——喷嘴设计及加工试验

磨料喷射微细加工是利用高压气体为介质加速磨料对工件形成冲击、冲蚀作用而去除材料的一种特种加工方法 ,适用于零件微细结构的加工和零件的表面处理。本文主要分析了磨料喷射加工的原理 ,设计了一套原理性试验装置 ,通过实验观察分析了磨料喷射加工过程 ,分析了其加工特性 。

变频二次脉冲微细电液磨料射流数控机床的改造及创新设计

【目的】变频二次脉冲微细电液磨料射流数控机床是一种全新的特种超精密微细加工数控加工万能机床,有着巨大的市场前景和经济效益,亟需扩大适用范围和应用领域。【方法】笔者融入电液束特种加工技术,增设脉冲电源,将目前的磨料射流技术中纯水与磨料混合变为碳酸钠电解液与磨料混合,改变系统加工原理,并进行了详细的技术分析,说明了改造后的技术亮点。目前,已经初步制造完成系统原理性样机一套,组装改造完成变频二次脉冲微细电液磨料射流数控机床一台,并进行了初步的加工试验。【结果】1)在使用过程中绿色环保,不会形成气体喷丸式的粉尘效应污染空气,也不会对操作者的呼吸系统造成危害;2)磨料的成分是普通的金刚砂或者棕刚砂,即普通硅酸盐,排放后不会造成对水体或土地的污染,可直接处理;3)电解液使用降解材料进行化学中和,生成无害物质后亦可直接排放处理。【结论】该数控机床应用范围更广、更灵活,不仅可以扩大普通数控机床在特种加工领域的加工范围,而且可以大幅度提高加工精度。项目的创新研发解决了工程实际问题,也填补了新时代中国高科技领域空白,具有重要价值与参考意义。

磨料喷射光整加工机理及在机械领域中的应用

磨料喷射光整加工是利用微细磨料与高压空气(或其它气体)混合而成的高速束流,依靠磨粒的高速冲击、抛磨作用而微去除工件表面材料,从而达到光整加工的目的。文章分析了磨料喷射光整加工的原理、特点、应用类型;影响加工能力和表面质量的主要因素以及在工程领域中的实际应用.

基于GABP神经网络的超声辅助AWJ冲蚀深度预测及参数优化

多孔HAP生物陶瓷材料硬度低、脆性大,传统生物陶瓷零件切削加工方法容易产生细小裂纹、应力集中等缺陷,微细磨料水射流加工技术可有效解决这些难题。本文采用超声辅助微细磨料水射流对多孔的HAP生物陶瓷块进行加工试验。基于GABP神经网络方法,利用获得试验数据样本来训练和检测GABP神经网络,建立了加工参数如系统压力、靶距、振幅等的微细磨料水射流冲蚀深度预测模型,预测误差和为0.007044,利用遗传算法进行参数寻优,较传统BP神经网络误差和降低了61.506%,大大提高了预测精度,实现了不同参数组合下冲蚀深度的预测。该预测和优化结果表明,当采用系统压力为25MPa,靶距为7.576mm,振幅为13.883μm时,可以获得最大冲蚀深度,其值为3.296mm。