一种聚合物基复合材料厚板磨料水射流精加工方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物基复合材料厚板的磨料水射流精加工方法，包括以下步骤：根据待加工工件的首次加工方式选择加工方案；根据待加工工件的切口形状选择加工方案。本发明专利技术在单次切断加工后，进行一次或多次沿同轨迹的加工，或沿原轨迹切线方向的垂线方向微进给后进行平行于原轨迹的加工，与单次切断加工相比，加工质量更优。该方法及其组合不仅可在确保加工效率的前提下提高磨料水射流加工尺寸及形位精度，而且可对传统磨料水射流加工方法所带来的切口锥度、切口侧壁条纹区及切口侧壁底部较高的表面粗糙度等固有缺陷进行去除，实现加工表面粗糙度自上而下的一致性。可进一步应用于开孔、车削加工及对凸曲面的成形加工，并可作为其他加工方法的后续加工进一步提高精度，消除缺陷。

An Abrasive Water Jet Finishing Method for Polymer Matrix Composite Thick Plate

The invention discloses an abrasive water jet finishing method for thick plate of polymer matrix composite material, which comprises the following steps: selecting a processing scheme according to the first processing mode of the workpiece to be processed; and selecting a processing scheme according to the cutting shape of the workpiece to be processed. After a single cutting process, the invention performs one or more processing along the same trajectory, or micro-feed along the vertical direction of the tangent direction of the original trajectory, and then processes parallel to the original trajectory. Compared with the single cutting process, the processing quality is better. This method and its combination can not only improve the dimension and shape accuracy of abrasive water jet machining on the premise of ensuring the processing efficiency, but also remove the inherent defects such as the taper of the incision, the fringe zone of the incision side wall and the high surface roughness at the bottom of the incision side wall caused by the traditional abrasive water jet machining method, so as to achieve the consistency of the surface roughness from top to bottom. It can be further applied to hole opening, turning and convex surface forming, and can be used as follow-up processing of other processing methods to further improve accuracy and eliminate defects.

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物基复合材料厚板磨料水射流精加工方法
本专利技术涉及磨料水射流对各类材料的切割和开孔技术，特别是一种聚合物基复合材料厚板的磨料水射流精加工方法。
技术介绍
目前，常用的磨料水射流加工质量提升方法包括对磨料水射流在面向不同工件条件时各工艺参数的优化、切割头震荡技术及多次走刀加工技术。但对于厚度在10mm以上的材料，由于磨料水射流独特的形成方式、射流结构及加工机理，工件在受其加工过程中仍会形成较为粗糙的底部切口质量，具体体现为切口侧壁条纹区、切口锥度及切口侧壁底部较大的表面粗糙度。依照目前商用磨料水射流设备的切割能力，底部缺陷难以避免，并成为该加工方法一种固有不足。如何提高厚板材料的磨料水射流加工精度和表面质量，是磨料水射流加工亟待解决的难题之一。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种适合厚板材料，特别是聚合物基复合材料厚板的磨料水射流精加工方法，不仅可以在确保加工效率的前提下提高磨料水射流加工尺寸及形位精度，而且可以对传统磨料水射流加工方法所带来的切口锥度、切口侧壁条纹区及切口侧壁底部较高的表面粗糙度等固有缺陷进行去除，从而形成高质量的加工表面；可进一步应用于开孔、车削加工及对凸曲面的成形加工，并可作为其他加工方法的后续加工以进一步提高精度，消除缺陷。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种聚合物基复合材料厚板磨料水射流精加工方法，包括以下步骤：A、根据待加工工件的首次加工方式选择加工方案如果待加工工件首次加工采用磨料水射流加工，则转步骤B；否则，转步骤C；B、根据待加工工件的切口形状选择加工方案如果同时对切口两侧有加工精度要求，即加工需同时保留切口两侧，则转步骤B1；如果仅对单侧切口有加工精度要求，即加工仅需保留一侧切口，而另一侧切口作为多余材料不作加工要求，则转步骤B2；B1、双边切口加工B11、预留精加工余量根据工件的材料性能、尺寸及形位精度要求预留精加工余量；确定切口加工轨迹；其中，预留精加工余量计算公式为：则实际加工尺寸为：式中：γ预留和γ分别为预测单次加工二分之一切口顶宽和实际单次加工二分之一切口顶宽；εj预留和εj分别为预测第j次精切加工进给量沿上一道加工轨迹切线方向的垂线方向上的分量和实际第j次精切加工进给量沿上一道加工轨迹切线方向的垂线方向上的分量，j∈[1,+∞)；εj∈[0,2r),r为射流半径，εj＝0时沿上一道加工轨迹切线方向的垂线方向无进给量，视为不进行精切加工；m为精切加工次数，m∈[1,+∞)；和分别为预测第i组光切加工对材料顶平面的去除量和实际第i组光切加工对材料顶平面的去除量；xi为第i组光切加工连续光切加工次数，xi∈[0,+∞)；n为光切加工组数，n∈[1,+∞)；Δ预留和Δ分别为预测加工过程中累积误差量和实际加工过程中累积误差量；B12、粗加工按照确定的加工轨迹以k0v0的进给速度进行磨料水射流加工，加工出顶宽为2γ的双边切口；k0≥1；v0为以常规加工方式进行同参数加工，加工质量达常规加工方式规定范围内的最高进给速度；v0≤v分离，k0v0≤v分离；v分离为使材料切断且不产生分层缺陷的最高速度；B13、光切加工沿原加工轨迹以k2v0的进给速度进行磨料水射流光切加工，即沿原轨迹进行无进给加工；k2≥1；B14、加工方式选择对加工方式进行选择，如果切口精度达到规定加工精度或继续进行无进给加工已无多余待去除材料，加工停止，此时切口顶宽否则，转向步骤B13；B2、单边切口加工B21、预留精加工余量根据工件的材料性能、尺寸及形位精度要求预留精加工余量；确定切口加工轨迹；其中，预留精加工余量计算公式为：则实际加工尺寸为：B22、粗加工按照确定的加工轨迹以k0v0的进给速度进行磨料水射流加工，加工出双边切口后保留切口有加工精度要求侧于原位；B23、加工方式选择对加工方式进行选择，如果尺寸精度方面或者形位精度及表面质量无法通过无进给加工达到规定要求，转向步骤B24；否则，转向步骤B26；B24、精切加工对工件进行磨料水射流精切加工，即在进行进刀量沿磨料水射流上一道加工轨迹切线方向的垂线方向上的分量不超过一倍射流直径的进刀后，以k1v0的进给速度进行沿磨料水射流前一道加工轨迹平行方向的加工；k1≥1；B25、加工方式选择对加工方式进行选择，如果切口精度达到规定加工精度，加工停止；否则，转向步骤B26；B26、光切加工沿上一道加工轨迹进行磨料水射流光切加工，即沿上一道加工轨迹以k2v0的进给速度进行无进给加工。B27、加工方式选择对加工方式进行选择，如果切口加工精度达到规定要求，加工停止；如果切口精度未达到规定要求，根据零件加工情况进行步骤选择：如果继续进行无进给加工仍有多余待去除材料，即在尺寸精度方面满足下式：或形位精度及表面质量未达规定要求，转向步骤B26；如果工件达到规定形位精度或继续进行无进给加工已无多余待去除材料，而尺寸精度尚未达到，即在尺寸精度方面满足下式：或工件形位精度及表面质量无法通过无进给加工达到规定要求，转向步骤B24；式中，x为已进行精切次数，x≥1；y为已进行光切组数，y≥1；C、其它加工方法的后续加工C1、预留精加工余量根据工件的材料性能、尺寸及形位精度要求预留精加工余量；确定切口加工轨迹；其中，预留精加工余量计算方式为：则实际加工尺寸为：C2、粗加工按照机械加工方式或其它特种加工方式，加工出单边或双边切口；C3、精切加工对有加工精度要求的一边进行磨料水射流精切加工，即在进行进刀量沿原加工边界切线方向的垂直方向上的分量不超过一倍射流直径的进刀后；以k1v0的进给速度进行沿原加工边界平行方向的加工；C4、加工方式选择对加工方式进行选择，如果切口精度达到规定加工精度，加工停止；否则，转向步骤C5；C5、光切加工沿上一道加工轨迹进行磨料水射流光切加工，即以k2v0的进给速度沿上一道加工轨迹进行无进给加工。C6、加工方式选择对加工方式进行选择，如果切口加工精度达到规定要求，加工停止；如果切口精度未达到规定要求，根据零件加工情况进行选择：如果继续进行无进给加工仍有多余待去除材料，即在尺寸精度方面满足下式：或形位精度及表面质量未达规定要求，转向步骤C5；如果工件达到规定形位精度或继续进行无进给加工已无多余待去除材料，而尺寸精度尚未达到，即在尺寸精度方面满足下式：或工件形位精度及表面质量无法通过无进给加工达到规定要求，转向步骤C3；x为已进行精切次数，x≥1；y为已进行光切组数，y≥1。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术在单次切断加工后，进行一次或多次沿同轨迹的加工及沿原轨迹切线方向的垂线方向微进给后进行平行于原轨迹的加工，与单次切断加工相比，加工质量更优。该流程不仅可以在确保加工效率的前提下提高磨料水射流加工尺寸及形位精度，而且可以对传统磨料水射流加工方法所带来的切口锥度、切口侧壁条纹区及切口侧壁底部较高的表面粗糙度等固有缺陷进行去除，实现加工表面表面粗糙度自上而下的一致性。可进一步应用于开孔、车削加工及对凸曲面的成形加工，并可作为其他加工方法的后续加工以进一步提高精度，消除缺陷。附图说明图1为磨料水射流精加工方法在切割加工中的应用示意图。图2为磨料水射流精加工方法在开孔加工中的应用示意图。图3为磨料水射流精加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物基复合材料厚板磨料水射流精加工方法，其特征在于：包括以下步骤：A、根据待加工工件的首次加工方式选择加工方案如果待加工工件首次加工采用磨料水射流加工，则转步骤B；否则，转步骤C；B、根据待加工工件的切口形状选择加工方案如果同时对切口两侧有加工精度要求，即加工需同时保留切口两侧，则转步骤B1；如果仅对单侧切口有加工精度要求，即加工仅需保留一侧切口，而另一侧切口作为多余材料不作加工要求，则转步骤B2；B1、双边切口加工B11、预留精加工余量根据工件的材料性能、尺寸及形位精度要求预留精加工余量；确定切口加工轨迹；其中，预留精加工余量计算公式为：

【技术特征摘要】
1.一种聚合物基复合材料厚板磨料水射流精加工方法，其特征在于：包括以下步骤：A、根据待加工工件的首次加工方式选择加工方案如果待加工工件首次加工采用磨料水射流加工，则转步骤B；否则，转步骤C；B、根据待加工工件的切口形状选择加工方案如果同时对切口两侧有加工精度要求，即加工需同时保留切口两侧，则转步骤B1；如果仅对单侧切口有加工精度要求，即加工仅需保留一侧切口，而另一侧切口作为多余材料不作加工要求，则转步骤B2；B1、双边切口加工B11、预留精加工余量根据工件的材料性能、尺寸及形位精度要求预留精加工余量；确定切口加工轨迹；其中，预留精加工余量计算公式为：则实际加工尺寸为：式中：γ预留和γ分别为预测单次加工二分之一切口顶宽和实际单次加工二分之一切口顶宽；εj预留和εj分别为预测第j次精切加工进给量沿上一道加工轨迹切线方向的垂线方向上的分量和实际第j次精切加工进给量沿上一道加工轨迹切线方向的垂线方向上的分量，j∈[1,+∞)；εj∈[0,2r),r为射流半径，εj＝0时沿上一道加工轨迹切线方向的垂线方向无进给量，视为不进行精切加工；m为精切加工次数，m∈[1,+∞)；和分别为预测第i组光切加工对材料顶平面的去除量和实际第i组光切加工对材料顶平面的去除量；xi为第i组光切加工连续光切加工次数，xi∈[0,+∞)；n为光切加工组数，n∈[1,+∞)；Δ预留和Δ分别为预测加工过程中累积误差量和实际加工过程中累积误差量；B12、粗加工按照确定的加工轨迹以k0v0的进给速度进行磨料水射流加工，加工出顶宽为2γ的双边切口；k0≥1；v0为以常规加工方式进行同参数加工，加工质量达常规加工方式规定范围内的最高进给速度；v0≤v分离，k0v0≤v分离；v分离为使材料切断且不产生分层缺陷的最高速度；B13、光切加工沿原加工轨迹以k2v0的进给速度进行磨料水射流光切加工，即沿原轨迹进行无进给加工；k2≥1；B14、加工方式选择对加工方式进行选择，如果切口精度达到规定加工精度或继续进行无进给加工已无多余待去除材料，加工停止，此时切口顶宽否则，转向步骤B13；B2、单边切口加工B21、预留精加工余量根据工件的材料性能、尺寸及形位精度要求预留精加工余量；确定切口加工轨迹；其中，预留精加工余量计算公式为：则实际加工尺寸为：B22、粗加工按照确定的加工轨迹以k0v0的进给速度进行磨料水射流加工，加工出双边切口后保留切口有加工精度要求侧于原位；B23、加工方式选择对加工方式进行选择，如果尺寸精度方面或者形位精度及表面质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：高航，李宗原，王宣平，鲍永杰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21