一种提高三轴低压磨料射流切割质量的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高三轴低压磨料射流切割质量的方法，首先通过切割实验获得工件切割的门限压力、最大射流压力下的最大切割深度和包含靶距的最优切割参数，并建立，最优切割参数下，切割深度随射流压力变化的函数关系；在最大射流压力下以最优工作参数对工件进行正向第一次切割；然后调整靶距沿着原路径来回交替切割，直至工件切割后剩余厚度小于最大切割深度；根据剩余厚度计算所需切割压力，以计算得到的切割压力进行最后一次切割。本发明专利技术通过在较低的压力下对目标工件进行多次正反向交替变靶距切割，消除了对超高压泵和多轴数控切割器的需求，同时还促进了磨料射流的应用，降低了加工成本，节约能源。节约能源。节约能源。

【技术实现步骤摘要】
一种提高三轴低压磨料射流切割质量的方法


[0001]本专利技术涉及磨料水射流
，涉及一种提高射流切割质量的方法，具体涉及一种提高三轴低压磨料射流切割质量的方法。

技术介绍

[0002]磨料射流切割技术是一种以水为介质，利用高压泵获得巨大能量，然后通过供料和混合装置把磨料加入到高压水束中，形成混合射流，依靠磨料和高压水束的高速冲击实现材料去除的一种特种加工方式。与传统的接触式加工方式相比，磨料水射流切割加工具有以下优势：(1)无热应力的影响。磨料水射流切割是一种冷态切割加工，由于水介质的冷却作用，工件不会产生热应力以及热影响区，因此特别适用于铝、钛、铜等热敏性材料的切割；(2)通用性强。通过设置合适的工艺参数，如射流压力、横移速度、靶距等，磨料水射流几乎可以切割所有材质的工件；(3)环保效果好。磨料水射流切割不会产生有害气体、灰尘等污染，此外，切割完成后磨料水经水箱收集、过滤、精华处理后可循环利用，不污染环境。
[0003]高压泵和数控切割器是磨料射流加工系统极为重要的组成部分。高压泵所能提供的压力越大，磨料水射流的动能就越大，加工效果也就越好。但高压泵的压力越高，其制造和维护成本也越高，而且使用寿命也会大大降低。另一方面，数控切割器决定了磨料射流在加工过程中的运动方式，切割器的轴数越多，磨料射流可实现的运动程度越复杂，就可通过控制磨料射流的冲击角度等参数来提高加工质量。但切割器的轴数越多，其价格也越高，从而限制了多轴数控切割器的普及。当前，三轴数控切割器是轴数最少，也是最便宜的一种切割器。因此，利用三轴磨料射流在较低的压力下实现对工件的高质量切割，可以消除对超高压泵和多轴数控切割器的需求，从而极大降低磨料射流的加工成本，对促进磨料射流加工的应用具有重要作用。

技术实现思路

[0004]为了消除对超高压泵和多轴数控切割器的需求，降低磨料射流的加工成本和促进磨料射流的应用，本专利技术提供了一种提高三轴低压磨料射流切割质量的方法，通过在较低的压力下对目标工件进行多次正反向交替并且变靶距切割，以达到甚至优于高压磨料射流的切割质量，并实现节约能源的效果。
[0005]为了解决上述计算问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种提高三轴低压磨料射流切割质量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007]S1：取与待切割工件材质相同的工件样品在三轴低压磨料射流加工平台上利用三轴切割器进行切割实验，获得工件切割的门限压力P0、最大射流压力P
max
下的最大切割深度h
max
和包含靶距d0的最优切割参数；并建立切割深度h在最优切割参数下随射流压力P变化的函数关系：h＝f(P，S)，S表示最优切割参数组；
[0008]S2：将待切割的工件固定在三轴低压磨料射流加工平台上，在最大射流压力P
max
下以最优切割参数对工件进行正向第一次切割；
[0009]S3：当射流离开工件时立即控制三轴切割器调整最优切割参数中的靶距，并在射流压力、剩余最优切割参数不变的情况下沿原切割路径对工件进行来回交替切割，直至工件切割后剩余厚度小于h
max
；第n次切割时的靶距d
n
＝d
n
‑1‑
h
max
，n≥2；当n＝2时，靶距d2＝d0‑
h
max
；
[0010]S4：最后一次切割，计算出第n次切割后工件剩余未切割的厚度H0，再根据步骤S1中的函数关系计算出切割深度达到厚度H0时所需射流压力P
n
，以P
n
作为射流压力，以靶距以外的最优切割参数作为切割参数(即以磨料流量m0和横移速度v0作为切割参数)，靶距d
n+1
＝d
n
‑
h
max
进行第n+1次切割，完成工件切割。
[0011]本专利技术调整靶距(即喷嘴出口至工件表面间的距离)过程中，每次调整量为下降一个最大切割深度h
max
。因此，实际上每次切割时，喷嘴距离切割缝中待切割表面的距离还是等于最优靶距d0，因此，每次切割时，真正靶距不变，所以本专利技术步骤S4中任然可以利用步骤S1中的函数关系式h计算所需射流压力。
[0012]进一步地，所述最优切割参数还包括磨料流量m0和横移速度v0。
[0013]进一步地，步骤S1中，所述最优切割参数通过正交试验方法确定，具体设计三因素四水平正交表，确定最优的磨料流量m0、靶距d0和横移速度v0组合。
[0014]进一步地，步骤S1中，首先通过正交试验方法确定最优切割参数组合(d0，m0，d0，v0)，然后通过单因素实验方法，确定在上述最优参数组合下工件的门限压力P0。
[0015]进一步地，步骤S3中n的计算公式为：n＝[H/h
max
]，即工件厚度H除以最大切割深度h
max
后取整数。
[0016]进一步地，步骤S4中，如果计算得到的需射流压力P
n
<P0时，以压力P0进行最后一次切割。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]本专利技术通过在较低的压力下对目标工件进行多次正反向交替变靶距切割，以达到甚至优于高压磨料射流的切割效果，不仅在一定程度上消除了对超高压泵和多轴数控切割器的需求，同时还促进了磨料射流的应用，降低了磨料射流的加工成本，并利用最后一次更低压力的切割实现节约能源减少能耗。本专利技术由于射流压力越低，消耗的能源越少，因此可在保证切割质量的同时实现能源节约。
附图说明
[0019]图1是本专利技术三轴低压磨料射流高质量切割工件的方法示意图。
[0020]图2是本专利技术较佳实施例切割深度与射流压力的拟合曲线。
[0021]图3是本专利技术较佳实施例低压与对比例高压切割完成后的表面粗糙度曲线对比图。
具体实施方式
[0022]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现的目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本专利技术的具体实现方式和结构。
[0023]如图1所示，本专利技术提供一种提高三轴低压磨料射流切割质量的方法，具体步骤如下：
[0024]设该三轴低压磨料射流加工平台的工作压力为P，P
max
为最大压力，P0为待切割工件的门限压力，且P
max
>P0，三轴低压磨料射流加工平台通过三轴切割器能控制喷嘴在三个方向动作，第一个方向为调节喷嘴与工件之间的距离(图1中上下方向)，第二个方向为喷嘴沿着切割路径行走进行切割(图1中左右方向)，第三个方向为喷嘴在不同切割路径切换(图1中垂直于纸面方向)，以进行不同路径切割。
[0025]S1：取工件样品在三轴低压磨料射流加工平台上进行切割实验，获得切割的门限压力P0，最优切割参数以及最大压力P
max
下的最大切割深度h...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高三轴低压磨料射流切割质量的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：取与待切割工件材质相同的工件样品在三轴低压磨料射流加工平台上利用三轴切割器进行切割实验，获得工件切割的门限压力P0、最大射流压力P
max
下的最大切割深度h
max
和包含靶距d0的最优切割参数；并建立切割深度h在最优切割参数下随射流压力P变化的函数关系：h＝f(P，S)，S表示最优切割参数组；S2：将待切割的工件固定在三轴低压磨料射流加工平台上，在最大射流压力P
max
下以最优切割参数对工件进行正向第一次切割；S3：当射流离开工件时立即控制三轴切割器调整最优切割参数中的靶距，并在射流压力、剩余最优切割参数不变的情况下沿原切割路径对工件进行来回交替切割，直至工件切割后剩余厚度小于h
max
；第n次切割时的靶距d
n
＝d
n
‑1‑
h
max
，n≥2；当n＝2时，靶距d2＝d0‑
h
max
；S4：最后一次切割，计算出第n次切割后工件剩余未切割的厚度H0，再根据步骤S1中的函数关系计算出切割深度达到厚度H0时所需射流压力P
n
，以P
n
作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱亦楠，孙硕，王晓笋，熊杰，张旭，李登，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：