磨料射流中高分子聚合物的微量添加对切割性能的影响

从提高射流利用率出发,在后混合磨料水射流切割系统中添加高分子聚合物（PAM）,主要通过使用粗糙度轮廓仪考察大理石加工面粗糙度变化特征,进而揭示PAM浓度影响切割质量的机理及规律。结果表明,PAM溶液与纯磨料水射流所对应的加工面粗糙度沿切深方向变化均表现为在初始段略微减小后即显著上升。进一步研究还发现,PAM浓度在C≈400ppm时才具有明显的减阻效果使得加工面粗糙度显著降低,且在C≈600ppm时由于聚合物粘弹性应力与大量小尺度涡旋能级匹配实现最大限度减阻,由此可获得最佳的表面质量。此外,不同PAM浓度对表面粗糙度的影响程度随靶距或切割速度的增加显著提高,利用此特性可优化水刀工作参数以提高其加工效率。切缝宽度测试结果表明,其值沿切深方向在C≈ 600 ppm处收缩最小,这说明合适PAM浓度确能有效改善射流结构特征,达到提高射流切割能力之目的。     

浆液磨料水射流切割能力试验及切割深度预测模型

为提高浆液磨料水射流切割能力,运用自研的浆液磨料和切割设备,进行混凝土和岩石切割试验,分析切割压力、喷嘴移动速度、材料单轴抗压强度对切割能力的影响。结果表明：相同工况下浆液磨料水射流切割能力远超纯水射流的,混凝土切割深度显著提高,并且材料强度越大,浆液磨料水射流切割能力优势越明显;浆液磨料水射流能够实现对中—硬砂岩的有效切割（0.5～1.0 h内能切割100 mm深,10 m长）,可以应用于煤矿切顶卸压、切顶留巷、工作面夹矸处理等现场工程;射流喷嘴在切割对象同一位置的冲击时间越长,“水垫”作用越明显,相同切割时间内,喷嘴多次快速移动的重复切割比单次慢速移动的切割效率高。通过分析切割实验结果,以切割压力、喷嘴移动速度、材料单轴抗压强度为变量构建切缝深度预测模型,并在此基础上得到重复切割时以切割次数为变量的切割深度预测模型。     

磨料水射流切割可视化BP神经网络模型研究

针对磨料水射流切割性能与影响因素间存在复杂的非线性关系,无法用传统数学方法建模的问题,基于BP人工神经网络理论,结合典型材料的切割实验结果,在考虑射流压力、磨料流量、切割靶距、工件厚度、磨料喷嘴直径与切割速度6个因素情况下,建立了磨料水射流切割BP神经网络模型.同时,基于Delphi开发出了可移植的磨料水射流切割速度人工神经网络预测单元,实现了所建网络模型的可视化,为实现网络模型与数控系统的集成提供条件.研究结果表明,该网络模型能快速、准确、可靠地预测切割速度,与数控系统相集成可实现对磨料水射流切割质量的有效控制.     

磨料参数对工程陶瓷切割能力的影响

对高压射流中混入的磨料，以及切割过程中磨料参数的选择进行了试验研究．并对磨料水射流的切割机理进行了分析，探讨了磨料参数的变化对切割工程陶瓷的影响．     

微磨料水射流三维加工的实验研究

对微磨料水射流技术三维加工进行了实验研究。实验采用特殊设计的微磨料水射流切割头,水喷嘴内径为127μm,聚焦管内径为300μm,碳化硅固体磨料粒子平均直径25μm。微磨料水射流切割头利用螺杆泵送原理直接将微细磨料主动送入切割头混合腔,通过水射流对磨料粒子加速、混合并经聚焦管喷出形成微磨料水射流。螺杆由步进电机驱动,通过控制步进电机转速来精确控制磨料流量。将切割头置于高精度四轴联动数控平台的刀架上,实现对工件的加工。研究表明,通过改变磨料流量可较好地控制微磨料水射流的能量密度。对特定材料,首先设定走刀速度,改变磨料流量就能获得不同的切割深度,实现微磨料水射流车削、磨削、铣削、雕刻等三维加工。微磨料水射流在半导体材料加工、微型电子机械制造以及光学器件生产上具有广阔应用前景。     

复合材料的切割技术及实验比较

本文介绍了高压水射流切割(包括磨料射流切割)和激光切割的原理及特点。并对纤维增强复合材料相关的切割试验作了比较。     

株洲工学院水射流研究所

株洲工学院水射流研究所主要从事智能化高效水射流系统的理论及应用研究。高压水射流和磨料水射流是一种可与激光、等离子体切割相媲美的新型切割技术,它将现代信息技术、计算机技术、传感器技术和控制技术与新型、高效射流相结合,提供全新的智能化切割、超微破碎、清洗、干燥与降尘设备。本研究方向形成于80年代后期,经过近20年的发展,在新型智能化高效射流方面取得了创造性的理论和应用成果:在国内外学术期刊上发表论文100多篇,其中15篇被SCI、EI、ISTP三大文献检索系统收录;完成和在研国家级或省部级科研项目共27项,其中已获国家级科技进步二等奖1项,省部级科技进步一等奖1项、三等奖3项;在石油钻井、工业设备清洗、各种材料的射流切割等应用中取得了显著的效果。1 研究领域1.1 新型、高效射流技术1)自激振荡脉冲射流 重点研究其基础理论及在石油钻井、工业管系、燃油发动机等领域的应用。该项技术于1991年获石油天然气总公司科技进步一等奖,1993年获国家级科技进步二等奖,1992年和1993年被列为国家级新技术产品。2)空化射流 重点研究其物理、化学效应,首次提出其在材料强化、污水处理中的应用。3)电液压脉冲射流 重点研究其在材料成型、污水处理等领域的应用。4)磨料射流 重点研究前、后混合磨料射流及振荡磨料射流的系统装置、冲蚀及切割性能及其在切割、清洗、材料表面处理中的应用。     

株洲工学院水射流研究所

株洲工学院水射流研究所主要从事智能化高效水射流系统的理论及应用研究。高压水射流和磨料水射流是一种可与激光、等离子体切割相媲美的新型切割技术，它将现代信息技术、计算机技术、传感器技术和控制技术与新型、高效射流相结合，提供全新的智能化切割、超微破碎、清洗、干燥与降尘设备。     

基于ALE法的磨料水射流加工数值模拟

采用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法建立了磨料水射流加工的仿真模型,模拟了从射流进入喷嘴到去除材料的加工全过程。工件采用Lagrange网格,磨料和水采用ALE网格,通过ALE和Lagrange网格的耦合算法实现射流对工件的侵蚀作用。通过给定ALE网格运动来定义射流的横移速度,从而减少了网格定义域。提出磨料的本构模型,通过定义初始ALE单元内两种材料的体积百分比实现磨料与水的均匀混合。仿真结果给出了一些加工参数对切割深度的影响规律,通过与实验数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

淹没磨料射流的岩石冲蚀实验研究

为了有效解决水下切割问题,并大大提高射流的切割能力,将淹没射流装置与磨料射流系统融合形成淹没磨料射流系统,采用高分辨率的数码摄像系统,研究了淹没磨料射流空泡云的形成;利用电子天平的精确测量系统,测试分析了淹没磨料射流对岩石的冲蚀性能.结果表明:淹没磨料射流在岩石冲蚀实验中,最优有效靶距直径比为4.28,最优冲蚀时间为1 min,较纯水空化射流工作效率提高3倍.随着泵压的增加,淹没磨料射流对花岗石的冲蚀质量、冲蚀深度增加;随着围压的增加,对花岗石的冲蚀质量、冲蚀深度减少.     

磨料水射流在大理石切割中的应用

使用石榴石磨料，在高压磨料水射流数控切割机床上，研究了切割参数（压力、靶距、切割速度）对大理石切割性能（切口宽度、切口锥角、余纹角度）的影响. 结果表明：切割速度越大，余纹角度越大；压力越大余纹角度越小，靶距对余纹角度影响不大，余纹曲线相互之间大体平行，且不规则；锥角与喷嘴切割速度成正比，与系统压力和靶距成反比，即欲得到较小锥角需采用小的速度，大的系统压力，小靶矩；切割缝隙宽度与压力、速度成反比，与靶矩成正比.     

磨料水射流在大理石切割中的应用

使用石榴石磨料，在高压磨料水射流数控切割机床上，研究了切割参数（压力、靶距、切割速度）对大理石切割性能（切口宽度、切口锥角、余纹角度）的影响．结果表明：切割速度越大，余纹角度越大；压力越大余纹角度越小．靶距对余纹角度影响不大，余纹曲线相互之间大体平行，且不规则；锥角与喷嘴切割速度成正比，与系统压力和靶距成反比，即欲得到较小锥角需采用小的速度，大的系统压力，小靶矩；切割缝隙宽度与压力、速度成反比，与靶矩成正比．     

基于人工神经网络的磨料水射流精密特种加工

磨料水射流是一种先进的绿色加工工具.为了获得较高的表面精度,必须精确控制水射流加工的各种工艺参数.一种可行的办法是建立水射流加工过程中的主要参数之间的非线性关系,通过加工速度的补偿来间接控制工件表面质量.本文基于人工神经网络理论,建立了水射流加工过程的神经网络模型.在获取大量样本数据的基础上,对网络模型进行训练.经过训练的水射流加工神经网络模型可以准确预测与给定压力、磨料流量、工件厚度、期望的表面粗糙度所对应的切割速度,实验验证获得满意结果.     

基于人工神经网络的磨料水射流切削工艺建模

磨料水射流（AWJ）切割工艺已经被遍及世界的许多车间所采用，其优点广为人知。为了进行精密加工，如精密切割、铣削、钻孔和磨削等，必须精确预测AWJ的侵蚀深度。文章基于人工神经网络（ANN）对AWJ切割工艺进行建模。模型采用三层结构，输入变量有水射流压力、水喷嘴直径、磨料粒子粒度（直径）、磨料流量和切割头进给速度。输出量为AWJ的切割深度。样本数据在JJ-Ⅰ水射流切割机床上实验获取，A3钢样板作为切割试件。采用改进的BP算法和样本数据对建立的人工神经网络进行训练。训练好的网络以一定精度建立了AWJ切割工艺中各参数之间的映射关系。所建模型可以精确预测AWJ的切深。将该模型集成到AWJ切割机床的计算机数控器中，可以实现AWJ精密加工。     

磨料水射流微细雕刻技术的研究

根据磨料水射流加工的特点，建立了磨料水射流加工的神经网络模型。用训练好的神经网络模型来预测给定加工条件下的进给速度，并根据加工路径和机床的特性对进给速度进行修正，并编写数控代码。通过控制水射流的进给速度来间接控制其刻蚀深度，同时获得加工轨迹的圆滑过渡，从而实现磨料水射流的雕刻工艺。本文以不锈钢为原材料，以JJ-I数控水射流机床为实验平台，根据机床的特性手工编程，成功雕刻出微型摩托车图形。     

基于表面质量的小型精密零件切削工艺优化

为了提高小型精密零件在切削过程中的表面加工质量,以小型精密零件的表面粗糙度为目标函数,设计并实施了一系列小型精密零件的切削加工试验.采用单因素试验法分析了切削深度、切削速度及供给量等工艺参数对目标函数的影响,运用多元线性回归分析法建立切削工艺参数与目标函数的关系模型,从而获得最佳工艺参数组合并进行试验验证.结果表明,切削速度与切削深度对表面粗糙度为负向影响,供给量为正向影响,经优化参数组合加工工件的表面粗糙度均匀性较好,产品表面质量得到了较大改善.     

微波烧结法制备磁性磨料的工艺参数

以铁粉与碳化硅做原料,采用新型的微波加热工艺制备磁性磨料,通过实验测得磁力研磨设备对316L不锈钢件精加工的粗糙度,分析数据并总结得出了制备磁性磨料过程中的最佳工艺条件:使用铁粉与细碳化硅质量比为4∶1,加热温度为1 200℃,切削转速为500 r/min。在此条件下,磁性磨料具有良好的研磨效果,加工件粗糙度最高可以达到0.18μm。     

磨料水射流技术在高速公路快速修复中的应用

分析了高速公路水泥混凝土路面损毁的原因；介绍了磨料水射流技术的作用机理、磨料水射流技术在高速公路路面修复时的工艺系统及其设计方法；总结了在公路路面修复时采用磨料水射流技术损毁混凝土比传统的用风镐震碎清除法具有的优越性。