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.     

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。     

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。     

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.     

前混合高压磨料水射流对混凝土块的切割试验研究

为了解前混合高压磨料水射流对混凝土等材料的切割能力,使用比较研究法,采用移动切割和固定切割两种切割方式,进行磨料与纯水水射流对混凝土块切割深度对比试验、水砂混合磨料与水和棕刚玉混合磨料水射流对混凝土块的切割深度对比试验、不同水砂比(质量比)的水砂混合磨料水射流对混凝土块的切割深度对比实验,分析改变压力、水砂比、靶距对切割深度的影响,结果表明:前混合高压磨料水射流切割比高压纯水切割效果更加明显,对于不同硬度的混凝土块,磨料水射流切割均有明显优势;当靶距达到1 000 mm时,磨料水射流仍有很强的切割能力。     

新型混合磨料方式下磨料水射流切割中粒砂岩试验研究

为研究混合磨料方式下磨料水射流切割能力的影响因素和最佳切割参数,通过比较前/后混合方式下的磨料水射流切割优缺点,提出先混合磨料后加压的磨料水射流切割方式,并以中粒砂岩为切割对象,采用正交试验进行研究,结果表明:影响磨料水射流切割能力的主要因素有切割速度、切割压力和切割喷头直径,影响权重由大到小为切割速度、切割压力和切割喷头直径;提出切割速度1 mm/s、切割压力50 MPa、切割喷头直径1.5 mm、切割靶距30 mm、切割磨料河砂与水质量配比为1∶8时,切割能力最强。所得结论可为磨料水射流切割系统在煤矿行业中的应用提供理论支持和参数设置指导。     

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。     

磨料水射流喷头的研究

在磨料水射流加工中，喷头性能对加工影响很大．本文对射流喷头进行了结构参数设计和性能实验，得出了动力泵压力P与磨料水射流出口处均匀速度V4和磨料喷嘴直径d4的经验公式．与作者推导的理论公式相比，经验公式更符合实际，可以作为设计喷嘴和调整加工状态的依据．试验还证明了现有计算水喷嘴直径的公式是切实可行的，以及喉管距Lc和混合腔直径d3在一定范围内变化时，其加工状态稳定．     

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。     

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.     

高压磨料水射流切割低碳合金钢的试验研究

低碳合金钢广泛应用于压力容器、车辆、桥梁等工业设计之中,通过研究高压磨料水射流对低碳合金钢切割的影响,分析水射流切割特性对切割效果的影响,对提高切割效率及降低切割成本具有一定的参考意义。应用五轴联动数控水刀切割机,对低碳合金钢Q345B进行切割试验,分析了切割压力、靶距和横移速度对切割深度及切割宽度的影响。结果表明,随着切割压力增加,切割深度和切割宽度均有所增加;随着靶距的增加,切割深度先增大后减小,存在最佳靶距,可使切割深度最大而切割宽度逐渐增大;随着切割速度增加,切割深度及切割宽度逐渐减小,但其对切割宽度的影响较小。     

高压气蚀水射流切割装置的试验研究

提出了一种能较好地诱发气蚀的高压水射流切割装置———射流泵式切割装置．在非淹没条件下对该装置与普通单喷嘴装置进行了对比试验．试验结果表明,在相同的工作条件下,射流泵式切割装置比普通单喷嘴切割装置能耗低、切割深度大．根据试验结果,提出了射流泵式切割装置的最佳工作参数     

A new method of combined rock drilling

Based on the technologies of traditionally mechanical drilling and water jet, we propose a new method of abrasive water jet in combination with rock drilling, and establish a combined rock drilling system for the gas pre-drainage. This study chose the common sandstone and silicon limestone as the rock sample. A series of experiments were completed in the case of dry drilling, existing technology drilling, combined drilling with high pressure water jet and combined drilling with abrasive water jet, respectively. The drilling efficiency and performance were contrasted and analyzed in detail. The results indicate that it is better to choose the method of combined drilling with the high-pressure water jet for soft rocks. The method of combined drilling with abrasive water jet is feasible for the hard rock drilling and has higher drilling efficiency and performance. In this paper, compared with the existing technology, the drilling depth has increased by about 65%, the axial force and torque have reduced by about 14% and 17%, respectively, and the drill wear reduces obviously in the same conditions.