微磨料气射流成形加工硅片表面粗糙度模型

微磨料气射流加工技术具有热影响区小、加工时切削力小、几乎能加工所有材料的优势,适合硬脆材料的成形加工。表面粗糙度是衡量微磨料气射流成形加工质量的重要指标之一。通过微磨料气射流成形加工硅片实验,获得表面粗糙度的实验数据。用量纲分析法归纳出微磨料气射流成形加工表面粗糙度的无量纲影响参量,获得表面粗糙度的无量纲函数通式。基于广义回归神经网络的基本结构,以无量纲函数通式中的自变量为网络的输入,因变量为网络的输出,以表面粗糙度实验数据为样本集,构建了基于量纲分析法的广义回归神经网络表面粗糙度模型。实验证明该模型能有效的预测表面粗糙度。     

基于淹没环境的超高压后混合磨料水射流切割试验研究

利用超高压水射流切割试验系统,在80～280MPa压力范围内进行淹没磨料水射流切割试验研究,通过试验及数据分析,验证了后混合淹没磨料射流切割的可行性,得出了磨料粒径和质量流量、射流压力、靶距、切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律,对于脆性和塑性材料,试验中各参数对切割深度的影响基本一致.结果表明:在试验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势,并且相同试验工况下淹没射流切割深度要大于非淹没状态.试验结果为超高压淹没磨料水射流的实际应用和研究提供了参考.     

磨料水射流切割工艺参数的实验研究

磨料水射流切割中影响切割深度的因素很多,各工艺参数的选择和合理搭配对切割结果有很大影响,并且难以用精确的数学模型来描述.以磨料水射流切割混凝土为例,考察了射流压力、进给速度、靶距、磨料流量、磨料粒径和材料性能等工艺参数对最大切割深度的影响.结果表明:(1)切割深度与射流压力呈线性增长关系;(2)在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,但当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;(3)切割深度随磨料粒径的增加呈先增加后减小的规律,存在一极值点;(4)切割深度随切割速度的增加呈指数衰减;(5)存在一最佳靶距,超过这个界限值时,随着靶距的增大,切割深度急剧减小;(6)混凝土试件抗压强度的抗压强度越大,切割深度越小.     

光学硬脆材料固结磨料研磨中的亚表面损伤预测

研磨过程中亚表面损伤层深度的正确预测是研磨工艺参数制定的重要依据。针对固结磨料的研磨特点,选择两种典型光学硬脆材料(镁铝尖晶石和石英玻璃),采用离散元仿真技术,分别建立了两种材料的二维离散元模型,分析了工艺参数对光学硬脆材料亚表面损伤(裂纹)层深度的影响。而后,采用角度抛光法测量了镁铝尖晶石和石英玻璃的亚表面损伤层深度,进行了实验验证。结果表明:采用固结磨料研磨时,磨粒粒径对光学硬脆材料亚表面损伤的影响相当显著,在相同研磨工艺条件下,随着磨粒粒径的增大,亚表面损伤层深度和微裂纹密集程度明显增加。离散元仿真结果与实验结果的对比表明:采用离散元技术可以对光学硬脆材料的亚表面损伤深度进行快速有效的预测,从而为后续的研磨抛光工艺提供参考与指导。     

磨料射流喷嘴直径与切割能力关系的仿真及实验研究

高压水射流磨料喷嘴是磨料颗粒加速的关键部位,喷嘴直径对射流有重要影响.通过实验与仿真的方法研究了喷嘴直径与射流切割能力的关系.研究结果表明:①试件的切口深度和切口宽度随喷嘴直径的减小基本上呈线性减小;②同一压力下,减小喷嘴直径会降低射流的切割比能耗;③不同直径喷嘴射流轴心的加速规律和衰减规律基本一致.喷嘴直径越小,射流加速越慢,衰减越快,等速核心段越短,切割能力降低;④从能耗、切割效率等多方面因素考虑,对于普通材料切割的喷嘴直径较佳选择为0.6～1.0 mm,不宜进行直径0.2 mm以下的磨料射流切割.     

基于磨料水射流的氧化锆陶瓷切割研究

为了保证工程陶瓷类硬脆材料在达到一定切割质量的同时最大程度地提升切割效率,以射流压力、靶距、横移速度和切割次数为变量,基于田口试验设计方法,设计了磨料水射流切割氧化锆陶瓷的正交试验。利用白光干涉仪测量切口表面形貌,利用Minitab软件统计试验数据并进行分析,探究射流压力、靶距、横移速度和切割次数四项工艺参数对切口锥度和切口深度的影响规律,并在此基础上针对切割质量与切割效率探究最优的工艺组合。工艺参数对切口锥度、切口深度影响程度的主次顺序为横移速度>射流压力>切割次数>靶距,工艺参数对质量—效率综合影响程度的主次顺序为射流压力>横移速度>切割次数>靶距。综合分析切割质量与切割效率,得到最优工艺参数组合：射流压力300MPa,靶距2～10mm,横移速度100mm/min,切割次数1次。磨料水射流对工程陶瓷具有良好的切割效果,研究结果为陶瓷类硬脆材料切割质量与切割效率的提升提供工艺参数选择依据,具有一定的理论意义和工程实际应用价值。     

磨料水射流切割混凝土的深度预测模型

在对磨料水射流切割混凝土分析基础上,应用BP人工神经网络理论,建立磨料水射流切割基于射流压力、靶距、磨料粒径、磨料流量、磨料喷嘴直径、磨料喷嘴长度及横移速度等射流参数的深度模型,通过模型预测结果与实验结果的比较,验证模型具有一定的精度,为实际运用和进一步研究提供参考。     

磨料射流冲击割缝岩石性能影响因素分析

为研究前混合磨料射流冲击割缝岩石性能,将两相随机混合的光滑粒子用于模拟磨料射流,基于RHT（Riedel Hiermaier Thoma）本构模型建立了岩石割缝流固耦合数值模型。模拟和实验岩石割缝深度随射流横移速度变化规律一致,建立了数值模拟和实验磨料射流横移速度关系。岩石割缝位置中心和边缘的岩石单元损伤失效速率不同,分别呈现瞬时损伤失效和多次阶跃累积损伤特征。磨料颗粒冲击岩石概率与磨料射流浓度有关,当磨料浓度小于10%时,岩石割缝深度上升较快。岩石割缝深度随射流直径增大呈指数上升并趋于不变,后侧磨料颗粒冲击岩石作用随射流直径增大而减弱,当射流直径大于1.2 mm以后,岩石割缝深度均近似等于6.3 mm。岩石割缝深度随射流压力总体呈上升趋势,但在15 MPa~35 MPa压力范围内,磨料射流割缝岩石深度增大速率相对较低。该研究结果对前混合磨料射流横移速度、浓度、压力和直径等参数选择具有重要的指导作用。     

SiC浓度对游离磨料线锯切割性能的影响

目前游离磨料线锯切割技术广泛应用于水晶、硅等脆硬材料的切割。它主要是通过具有一定速度的钢丝线,将浆料中的SiC磨粒带入切割区域,从而实现材料的去除。因此,浆料在游离磨料线锯切割中起着至关重要的作用。文中通过切割实验研究了浆料中SiC浓度对切割性能的影响,结果表明,切割效率和切缝宽度随着浆料中SiC浓度的增加而增加,而表面粗糙度Ra则随着浆料中SiC浓度的增加而减少。     

旋转电极电解电火花切割玻璃微结构试验研究

针对高深宽比非导电硬脆材料(如石英玻璃和陶瓷)微结构的加工需求,对微细电解电火花切割加工方法进行了深入研究。首先,提出了使用旋转螺旋微工具电极的电化学放电切割方法,并对切割缝宽模型进行了讨论;其次,对旋转螺旋电极电解电火花切割加工工艺进行了深入的试验研究,试验研究了加工电压、脉冲频率、占空比和主轴转速这些关键工艺参数对切割加工精度的影响。实验结果表明,缝宽随着施加电压和占空比的增加而增加,随着频率、主轴转速和进给速率的增加而减小。最后,通过优化后的参数成功加工出缝宽为135μm的微缝阵列、复杂的封闭微结构以及深宽比达6∶1的微图形结构。由此表明该方法是一种可有效加工高深宽比绝缘硬脆材料微结构的新工艺。