磨料水刀的微細雕刻技術(shù)
磨料水刀是通過高速水刀束來加速固體磨 料粒子( Ab r a s i v e s ) , 從而形成超高速固液兩相介質(zhì)射流( A、 Ⅳ J ) 替独。磨料水刀具有對高強度、 高硬度鞠撑、 脆性和難加工材料衬蚤, 如不銹鋼、 鈦合金材料、 陶瓷砌纸、 玻璃材料等的切割加工能力玉惫, 在制造業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。磨料水刀利用高能固體粒子對材料進行蝕除民议, 而高能水束( 液體質(zhì)點) 以其力和熱效應(yīng)以及摩擦计灌、 壓擠、 拋光和熨燙等作用輔助固體粒子完成材料 的蝕除迂腔。磨料水刀切割屬于高能束加工范疇钟牛, 與 激光、 等離子體膝擂、 電子束加工工藝相比虑啤, 具有顯著特點。磨料水刀介質(zhì)成本低猿挚、 清潔咐旧, 切割過程中無 塵、 無毒绩蜻、 無火花、 噪音小室埋, 環(huán)境友好办绝, 因此屬于綠色環(huán)保工藝;水刀切割屬于無機械接觸“ 冷切割” 姚淆, 絕無機械應(yīng)力孕蝉、 熱變形、 無受熱影響區(qū)域( H AZ ) 產(chǎn)生腌逢,不會改變被切割物質(zhì)的物理和化學(xué)特性降淮, 因而成為對熱敏感物質(zhì)的最佳切割工具 ; 水刀切割適應(yīng)性好缓冷、 切割品質(zhì)優(yōu)良铝三、 切縫窄、 材料損耗少即倦; 水刀切割可以方便地與計算機控制系統(tǒng)結(jié)合起來羹浪, 使它成為一種全新的先進數(shù)控加工工具。
雖然磨料水刀切割工藝已成為世界上成長最快的加工工藝之一疚线, 但是應(yīng)用磨料水刀進行雕刻工藝的研究在國內(nèi)還未見到雀司。其原因是磨料水刀這種工具具有“ 柔性” 特征, 因此對其進行精確控制相對復(fù)雜背渤。在雕刻過程中奉念,不僅要控制噴頭的位置,同時要根據(jù)刻蝕工件材料的性質(zhì)、 圖案形狀鹿竭、 刻蝕深度丽阎、 磨料水刀工藝參數(shù)以及加工的質(zhì)量要求等對噴頭的運動參數(shù)——速度和加速度進行精確控制。本文作者首先建立磨料水刀切割的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型窿猿, 并應(yīng)用所建立的模型來預(yù)測噴頭移動速度冀泻。通過對噴頭運動速度的控制來間接控制磨料射流的刻蝕深度。通過手工編程蜡饵, 在 J J —I 型萬能數(shù)控水刀切割機床上成功完成微型摩托車圖案的雕刻弹渔。
關(guān)鍵技術(shù)
由于目前國內(nèi)還沒有專用的磨料水刀加工數(shù)控系統(tǒng), 因此磨料水刀切割機床大都借用通用數(shù)控系統(tǒng)溯祸。一般需要手工編程數(shù)控代碼或者通過C A D/ C A M 系統(tǒng)設(shè)計( 或輸入) 零件幾何圖形肢专, 由自動編程系統(tǒng)產(chǎn)生零件加工數(shù)控代碼, 然后指令信號發(fā)送給機床控制系統(tǒng)完成零件加工和簡單的切割加 工不同焦辅, 要實現(xiàn)微細雕刻工藝博杖,必須首先解決兩個關(guān)鍵技術(shù) : 1 ) 切割深度控制; 2 ) 加工路徑上直線 一弧線 一直線段問的加減速控制筷登。由于水刀切割深度與射流系統(tǒng)剃根、 材料工程性質(zhì)和機床運動參數(shù)等有關(guān)。一般來講前方, 水刀系統(tǒng)功率越大狈醉, 切割深度越深; 材料強度越高惠险, 切割深度越忻绺怠; 噴頭移動速度越慢燎拟, 切割深度越深靶疟。為了簡化問題和方便控制,般來說享秒, 在雕刻工藝過程中脂桂, 圖案除了直線段以外, 往往還有弧線段远驹。由于磨料水刀本身的特點梧部, 在直線段與弧線段或者弧線段與直線段的過渡處, 刻蝕圖案往往會產(chǎn)生鋸齒狀的瑕疵安坏, 有時甚至破環(huán)整個圖形的美觀造型泊嗤。解決這個問題的辦法是控制這些過渡處的( 減) 速度, 使運動平穩(wěn)過渡颈冶。
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