微磨料水射流加工裝置設(shè)計(jì)與工藝研究.pdf

1、玻璃、硅片、陶瓷等硬脆材料是制造電子元件、光學(xué)元件的基本材料，對(duì)這些高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)的材料進(jìn)行微細(xì)加工的需求正在不斷增長(zhǎng)。微磨料水射流技術(shù)(Micro Abrasive Water Jet Machining Technology MAWJ)是在傳統(tǒng)磨料水射流加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種全新的微型加工技術(shù)，在沖蝕加工過(guò)程中不改變材料的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，已經(jīng)逐漸成為硬脆性材料精密微細(xì)加工的重要基礎(chǔ)技術(shù)。 本文設(shè)計(jì)了一套

2、微磨料水射流加工裝置，并利用該裝置研究脆性材料的加工工藝，詳細(xì)分析了噴射壓力、噴射時(shí)間、噴射靶距、噴射角度以及磨料濃度等因素對(duì)去除質(zhì)量、鉆孔深度、鉆孔直徑的影響，并對(duì)比磨料水射流加工工藝，分析微磨料水射流加工與磨料水射流加工技術(shù)的異同點(diǎn)。主要結(jié)論如下： (1)基于微磨料水射流加工理論自行設(shè)計(jì)制造了一套微磨料水射流加工裝置，該裝置可連續(xù)工作，可對(duì)脆、塑性材料切割、鉆孔加工，并且在更換噴嘴后具備拋光功能，其噴嘴直徑可在低于0.25m

3、m范圍內(nèi)選擇，工作壓力可在0～35MPa內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。 (2)應(yīng)用上述裝置，在噴射壓力1MPa時(shí)可對(duì)2.5mm石英玻璃進(jìn)行通孔加工，在5MPa壓力下可對(duì)0.6mm不銹鋼進(jìn)行切槽(切穿)加工，且加工的孔型、切口質(zhì)量較好。 (3)提出了—種通過(guò)疊加覆蓋件的加工方法，可實(shí)現(xiàn)更小孔徑、更小切寬的鉆孔和切槽加工。 (4)微磨料水射流對(duì)石英玻璃鉆孔工藝實(shí)驗(yàn)表明，噴射壓力、噴射時(shí)間、磨料濃度的增大均會(huì)加大微磨料水射流加工去除質(zhì)量

4、，靶距反之。各工藝參數(shù)中對(duì)去除質(zhì)量影響顯著的因素是噴射時(shí)間，對(duì)鉆孔深度影響顯著的因素是噴射時(shí)間和噴射靶距，對(duì)鉆孔直徑影響顯著的因素是噴射時(shí)間和噴射壓力。噴射時(shí)間的變化對(duì)對(duì)鉆孔深度、鉆孔直徑以及鉆孔形狀影響最大。對(duì)石英玻璃加工時(shí)，噴射壓力和磨料濃度較低、噴射角度為90°、噴射靶距較小時(shí)加工的孔更細(xì)長(zhǎng)。加工過(guò)程中，減小靶距和延長(zhǎng)噴射時(shí)間是提高微磨料水射流加工去除質(zhì)量的有效方法。 (5)磨料水射流對(duì)鋼板切槽加工工藝實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)頂部切口

5、寬度和切口錐度影響顯著的因素是噴射靶距，對(duì)切口光滑段高度影響較為顯著的因素是走刀速度。通過(guò)減小靶距來(lái)減小工件頂部切口寬度是最佳方式，而適當(dāng)降低走刀速度可提高切口光滑段高度和降低切口錐度。 (6)對(duì)比微磨料水射流與磨料水射流兩種加工工藝，噴射時(shí)間、磨料濃度對(duì)二者加工能力和加工精細(xì)度的影響—致，而噴射壓力和噴射靶距對(duì)二者影響不同。微磨料水射流的噴嘴結(jié)構(gòu)須做進(jìn)一步改進(jìn)方可滿足微磨料加工的性能和壽命要求，微磨料水射流加工精細(xì)度高、加工效