磨料水射流抛光技术的研究现状

磨料水射流抛光是新出现的一种精密加工技术。本文综述了国内外学者对磨料水射流抛光技术的研究情况，介绍了磨料水射流抛光机理和各工艺参数对抛光效果的影响，指出了目前磨料水射流抛光加工中存在的问题。     

磨料水射流抛光技术综述

磨料水射流抛光技术是一种新兴的确定性加工技术,目前主要用于光学系统中非球面镜,包括自由曲面的加工。其加工机理是通过高速水射流裹挟磨料颗粒冲击工件表面,形成对材料的微切削,从而产生对材料的去除。简要阐述了磨料水射流抛光技术的去除机理与特点,并探讨了其最新的发展方向。     

提升磨料水射流抛光去除效率的参数研究

具有独特优势的磨粒水射流抛光技术,由于去除效率低,在加工超精密光学元件中的应用受到了一定的限制。本研究通过实验和仿真,分析了喷嘴直径和射流压力对去除函数、去除效率和确定性修形加工的影响。实验结果表明:喷嘴直径在一定尺寸范围内增加,可以有效地提升去除效率,超过一定尺寸后,去除效率增加减慢,去除函数的宽度变化要远大于喷嘴直径的变化;随射流压力增大,去除函数深度呈指数增加,去除函数轮廓由W形转变为双W形。通过建立回转函数来模拟偏心回转射流的方法,验证了变形后的去除函数在确定性抛光加工中具有很好的适用性,并且该方法可以用在采用垂直射流直接进行超精密表面的确定性抛光加工上。      

微磨料水射流抛光硅片的实验研究

采用微磨料水射流对硅片进行抛光实验研究。根据后混合磨料水射流原理,通过设计实验,在选取合适磨粒直径和其他参数的条件下,采用微磨料水射流对硬脆性材料的表面进行抛光是完全可行的。并以正交试验设计为依据,分析在抛光硅片过程中,微磨料水射流主要加工工艺参数对表面粗糙度的影响。通过分析该实验结果的相关指标,可知抛光效果较好,因此用微磨料水射流对硅片的抛光是可行的。     

磨料水射流切割面粗糙度研究

对在磨料水射流切割过程中进给速度和磨料流量两点进行了讨论。磨料颗粒采用直径为80目的石榴石。测量了切割不同深度的粗糙度。实验结果表明:对切割表面影响最大的是切割速度。同时也研究了切割面粗糙度和磨料水射流其他参数之间的关系。     

磨料浆体射流抛光模具钢的试验研究

通过磨料浆体射流抛光加工SKD12模具钢的试验研究,分析了浆体射流的加工参数与抛光加工工件表面质量之间的关系,得出了各个工艺参数对磨料浆体射流加工质量的影响规律。结果表明:模具钢抛光表面R_a值与磨料尺寸成正比,与工件的初始R_a值无关;走刀速度4 mm/s、喷射压力0.7 MPa、靶距5 mm、磨料浓度75 g/L时工件表面质量最佳;氧化铝磨料比碳化硅磨料抛光质量高;当走刀间距为1.25D时表面粗糙度值最低,且喷嘴直径越大表面R_a值越小。      

磨料水射流清理新工艺的试验研究

论述了高水压、小流量的磨料水射流清理新工艺的试验研究成果。提出了以清理效能为判据，探索诸多工艺参数相关影响的试验研究方法；揭示了清理宽度及清理厚度等随水压、靶距、移动速度、磨料耗量等的变化关系；给出了较佳参数范围：水压３０～５０ＭＰａ、水耗量≤６Ｌ／ｍｉｎ、靶距１５０～２２０ｍｍ、移动速度１０００～２０００ｍｍ／ｍｉｎ、磨料耗量约５．５ｇ／ｓ、淹没深度约２５ｍｍ，其清理效果≥８５％，清理效率４．５～１０．３５ｍ２／ｈ，清理能耗０．４１～１．６２ｋＷ·ｈ／ｍ２。     

二级行星磨料抛光机对矩形手机边框抛光实验研究

为研究二级行星磨料抛光机对矩形手机边框抛光工艺特性,采用外形与手机边框相似的矩形工件进行了抛光工艺实验,较系统地研究了抛光时间、抛光转速、磨料粒度等主要工艺参数对工件表面质量的影响规律。实验表明:在采用8~#核桃粒磨料,抛光时间为90 min,抛光转速为75 r/min时,工件表面抛光质量较好,长短边表面粗糙度差异性较小。     

冰粒水射流表面抛光实验研究

对冰粒水射流抛光进行实验研究。在选取合适冰粒直径和其他参数的条件下,根据后混合磨料水射流原理,用冰粒水射流对硬脆性材料的表面进行抛光。选用的抛光试件为未经过热处理的45钢,抛光喷嘴内径为3.175 mm,冰粒直径为0.5～2 mm,冰粒贮存温度为-20～-50℃。设计正交试验,分析冰粒水射流抛光过程中,主要加工工艺参数对表面粗糙度的影响。结果表明:冰粒水射流完全可以达到抛光功用;靶距是影响抛光效果的主要因素。     

微磨料水射流加工技术的发展

微磨料水射流加工技术的射流直径在10 μm～100 μm之间,较常规磨料水射流直径(500 μm～1200 μm)小一个数量级,在微加工领域仍保持常规磨料水射流的许多的性能,尤其适宜对硬脆材料、复合材料等难加工材料进行微加工.目前其孔加工精度已达到相当于激光微加工技术的水平.为加深对该新技术的最新发展的理解,本文介绍了微磨料水射流加工技术射流生成方式、装置设计的关键技术、主要参数对加工性能的影响及部分应用示例.最后提出了微磨料水射流加工技术中有待深入研究的工作.     

一种磨料水射流试验工作台的研制

介绍了磨料水射流试验工作台的系统组成及其工作原理，通过分析磨料水射流加工的工作机理给出了喷射系统的结构及部分参数。试验表明，通过调整工艺参数，本磨料水射流试验工作台可对材料进行表面抛光、去毛刺、清洗、剥层、切割等加工和实验。     

高分子添加剂对磨料水射流切割质量的影响

通过磨料水射流和在磨料水射流中加入不同浓度高分子添加剂切割大理石的对比实验,测量了在不同工况下切缝表面不同位置测点的粗糙度。试验结果表明:在相同工况下,高分子添加剂磨料水射流较磨料水射流能减小切缝表面粗糙度,提高切缝表面质量;不同浓度高分子添加剂磨料射流对切缝表面粗糙度影响不一,存在最优浓度为3×10~(-4);磨料水射流切割中,走刀速度过慢和过快时获得切缝表面最小表面粗糙度的靶距较正常走刀速度大;高分子添加剂磨料射流切割中,不同走刀速度下获得切缝最小表面粗糙度的靶距趋向一致。     

磨料射流表面抛光研究综述

作为精密超精密光学制造工艺过程中的一个重要环节,各种新型表面抛光方法与工艺始终吸引着科研人员不断深入研究与探索。磨料射流抛光方法为小型复杂零件的表面抛光提供了一个新思路,成为精密超精密光学加工技术的重要组成部分。对磨料射流表面抛光过程中衍生的磨料水射流抛光、磁射流抛光、负压吸流抛光、磨料气射流抛光、冰粒水射流抛光、纳米胶体射流抛光的抛光原理、方法及特点进行了综述,分析了各射流表面抛光技术材料去除的最新发展;从加工原理、磨料选择、抛光精度、数学模型等方面对上述新型射流抛光技术进行深入分析与比较,其中磁射流抛光、纳米胶体射流抛光、磨料水射流抛光的抛光精度较高,可以实现表面粗糙度纳米级的超精密抛光,而磨料气射流抛光、冰粒射流抛光从加工成本上来讲则相对较低。最后,对磨料射流表面抛光在去除函数优化、精度效率的提高、应用范围扩展、在线检测、商业化应用等方面的发展趋势进行了预测。     

磨料水射流单颗磨粒侵彻的仿真研究

为了提高磨料水射流的材料去除率,采用ABAQUS软件建立磨料水射流单颗磨粒侵彻18CrNiMo7-6靶材的仿真模型,观察分析磨粒侵彻过程中靶材表面凹坑的变化情况;同时探究磨粒初始速度、磨粒直径、磨粒密度以及入射角度对凹坑形状及尺寸的影响规律,并根据材料去除体积优化磨料水射流工艺参数。结果表明：凹坑深度、材料去除体积随着磨粒初始速度、磨粒直径、磨粒密度、入射角度的增加而增大,凹坑宽度随着磨粒初始速度、磨粒密度的增加先增大而后保持在最大宽度,随着磨粒直径的增加而增大,随着入射角度的增加而减小。以最大材料去除体积为目标,此仿真方案中最优参数为：磨粒初始速度为400 m/s,磨粒密度为12 000 kg/m3,入射角度90°,磨粒直径为1 mm。     

后混合磨料水射流切割系统的研究

后混合磨料水射流是极具发展前景的一种冷态加工工艺。对后混合磨料射流切割机的工作原理及主体组成进行了分析，并针对IE-B型超高压水射流切割机所存在的不足进行了改进。结果表明：改进后的磨料水射流切割机解决了原有设备密封性能差、可靠性低、维护成本高等多方面的问题。     

高压磨料射流中流体因素的影响研究

依据固液两相流理论,应用FLUENT流体分析软件对高压磨料射流喷嘴内外流场进行数值模拟和仿真,通过改变流体的黏度、流量、密度等,讨论了各参数对出口处的切削力和速度分布的影响。结果表明：增加流体的密度对射流速度和切削力的提高效果明显;而增加其黏度作用正好相反,由于流动阻力加大,使射流的出口速度快速衰减,出口界面切削力下降;工作介质流量的改变对入口速度和射流效果也有较大的影响;在工作环境和设备允许的情况下,可以适当提高进口流量。     

自激脉冲特性磨料水射流浸没式抛光数值分析与有效性实验验证

目的 提高磨料水射流在浸没环境中的加工能力,研究流体自激脉冲特性对磨料水射流抛光的影响.方法 提出一种基于流体自激脉冲特性的磨料水射流浸没式抛光方法,简称浸没式自激振荡磨料水射抛光(Submerged Self-excited Oscillation Abrasive Water Jet Polishing,SSEO-...     

基于量纲分析法的一种磨料水射流打孔模型

水射流的加工过程中非常复杂,涉及到许多参数,对其模型的描述也较为困难。运用量纲分析法,选取对加工过程中影响较大的参数,忽略影响很小的因素,建立了水射流打孔过程的新数学模型,并通过试验验证该模型的误差仅为3%～10%。     

磨料水射流喷嘴结构参数对流场性能影响的仿真与研究

建立后混合磨料水射流喷嘴可视化模型,利用FLUENT软件对喷嘴内固液两相流场进行仿真,分析管嘴内流场的速度以及管嘴结构对它的影响。为了达到理想的速度,混合腔长度应选择高压水喷嘴直径的40倍左右;聚焦管长度在60~70 mm之间最优;综合考虑速度及磨损,锥形角角度应选择在30°~45°之间。