微磨料水射流技术及其应用

介绍了微磨料水射流技术及其在半导体制造工艺中的应用.在分析研究微磨料水射流技术国内外发展基础上,提出了微磨料水射流的产生方法及关键技术.对增压发生器的压力、喷嘴直径、微磨料粒子的精度、浆液磨料制备方法、浆液磨料的输送及质量流量的控制、工作平台的运动精度等关键技术进行了分析讨论.研究表明,为了产生射束直径100 μm以下的微磨料水射流,必须采用湿式磨料,同时完全避免空气进入.采用300 nm至8 μm氧化铝浆液磨料和Φ40-50 μm喷嘴,应用运载方法可以产生束径达Φ40-50 μm级的微细加工磨料水射流.在同样水压力下,其切割的能量密度是普通磨料水射流的4～5倍.微磨料水射流在半导体材料加工、微型电子机械系统制造以及光学器件生产上具有广阔应用前景.     

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。     

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。     

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.     

SPH和FEM耦合法模拟磨料水射流中单磨粒加速过程

针对Eulerian和ALE(arbitrary lagriange eulerian)方法仿真研究磨料水射流喷嘴中磨料粒子加速过程的局限性,提出采用SPH(smoothed particle hydrodynamics)耦合FEM(finite element method)的方法研究后混式磨料水射流喷嘴中低速磨料粒子在高速水射流作用下的流体动力学特性和磨粒加速后撞击靶材的全过程。水用SPH建模,磨料粒子、喷嘴和工件用FEM建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟后混式磨料水射流加工的全过程。仿真研究了磨粒和水在喷嘴中各自的速度变化过程;单磨粒在喷嘴中的运动轨迹;不同直径的磨料粒子在不同水压作用下的速度变化过程;不同直径的磨粒在不同直径的混合管中出口速度的变化规律;磨料粒子在工件上的撞击深度。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

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。     

微磨料气射流加工机理实验研究

微磨料气射流加工技术是对硬脆材料进行微细加工的一种非常有潜力的技术.对脆性材料微磨料气射流加工机理的实验研究是精细精密加工领域一个重要研究方向.为研究微磨料气射流加工的一般机理,在一套自制微磨料气射流装置上实验并分析了喷射参数及磨料参数对微磨料气射流加工影响的数据,得到了微磨料气射流加工中喷射距离、喷射时间、喷射压力、喷射流量和磨料粒度对加工效果的影响的一般规律.     

减阻剂对后混合磨料水射流切割质量的影响

通过在后混合磨料水射流中加入聚丙烯酰胺切割大理石,测量切割工件的切缝宽度和切割表面的粗糙度来分析减阻剂对后混合磨料水射流切割质量的影响。试验结果表明:减阻剂对射流束有集束作用,同等条件下减阻剂磨料射流要比常规磨料射流的切缝窄,而且减阻剂使切割断面粗糙度减小,使切割质量提高。试验中,随着减阻剂质量分数的增加,切割质量得到提高。     

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。     

喷粉微细加工技术的应用

喷粉微加工技术是对硬脆材料进行微细加工的一种非常有潜力的加工方法.喷粉加工是基于传统的喷砂技术发展起来的一种加工硬脆材料的新技术,具有环境好、无热影响区、无火花、成本低等优点,对硬脆材料的精密微细加工特别是对复杂的三维微细结构的加工非常有效.本文介绍了喷粉加工技术的基本原理、加工过程和应用.     

磨削残余应力与磨削裂纹

本文将磨削残余应力归纳为三种基本类型，并分析了产生原因和影响因素，讨论了磨削裂纹与磨削残余应力的关系，指出了减少磨削裂纹的途径。     

柔性研磨回转体去毛刺技术

研制了一种去除回转体机械零件棱边和毛刺的设备,该设备将金刚砂制成半流体状砂浆,当回转体机械零件在砂浆中高速旋转时,其上的棱边和毛刺与砂粒高速碰撞,将棱边磨成圆弧面,尖角磨成球面,而曲率半径大的表面磨削量极其微小.并与砂轮齿轮倒角技术进行了对比,总结出了柔性研磨回转体去毛刺技术的优点.     

前混合式磨料射流的磨料浓度及其影响因素

对前混合式磨粉射流系统的磨料供给装置进行了试验研究，指出在研究前混合式磨料射流的切割性能时，使用磨粉浓度的概念能够表明磨料和水的综合影响，比单纯使用磨料供给量的概念优越，并给出了能够可靠方便地调节磨料浓度的方法．     

柔性研磨回转体去毛刺技术

研制了一种去除回转体机械零件棱边和毛刺的设备，该设备将金刚砂制成半流体状砂浆，当回转体机械零件在砂浆中高速旋转时，其上的棱边和毛刺与砂粒高速碰撞，将棱边磨成圆弧面，尖角磨成球面，而曲率半径大的表面磨削量极其微小．并与砂轮齿轮倒角技术进行了对比，总结出了柔性研磨回转体去毛刺技术的优点．     

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。     

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。     

砂带磨削在普通车床上的应用研究

目的　研究砂带磨削在普通车床上的应用 .方法　根据砂带磨削的原理、特点 ,设计了砂带磨削装置 ,并通过试验证明了其工艺效果 .结果　在车床上采用砂带磨削装置对细长轴零件进行精加工 ,能有效地降低表面粗糙度 ,提高加工精度 .结论　该工艺为机床的改造提供了一种有效途径     

磨料水射流抛光时工艺参数对工件去除量的试验研究

将磨料水射流用于零件表面的光整加工是一门新工艺、新方法。本文借助正交设计方法研究了磨料水射流用于光整加工时的工艺参数，包括磨料的粒度、种类、硬度以及工作压力、加工时间等对表面粗糙度和表面去除量的影响。获得的结果对应用磨料水射流光整加工技术和设计相应的工艺设备具有指导意义和实用价值。