磨料水刀的微细雕刻技术

　　磨料水刀是通过高速水刀束来加速固体磨 料粒子( Ab r a s i v e s ) ， 从而形成超高速固液两相介质射流( A、 Ⅳ J ) 。磨料水刀具有对高强度、 高硬度、   脆性和难加工材料， 如不锈钢、 钛合金材料、 陶瓷、 玻璃材料等的切割加工能力， 在制造业得到越来越广泛的应用。磨料水刀利用高能固体粒子对材料进行蚀除， 而高能水束( 液体质点) 以其力和热效应以及摩擦、 压挤、 抛光和熨烫等作用辅助固体粒子完成材料 的蚀除。磨料水刀切割属于高能束加工范畴， 与 激光、 等离子体、 电子束加工工艺相比， 具有显著特点。磨料水刀介质成本低、 清洁， 切割过程中无 尘、 无毒、 无火花、 噪音小， 环境友好， 因此属于绿色环保工艺；水刀切割属于无机械接触“ 冷切割” ， 绝无机械应力、 热变形、 无受热影响区域( H AZ ) 产生，不会改变被切割物质的物理和化学特性， 因而成为对热敏感物质的最佳切割工具 ； 水刀切割适应性好、 切割品质优良、 切缝窄、 材料损耗少； 水刀切割可以方便地与计算机控制系统结合起来， 使它成为一种全新的先进数控加工工具。

　　虽然磨料水刀切割工艺已成为世界上成长最快的加工工艺之一， 但是应用磨料水刀进行雕刻工艺的研究在国内还未见到。其原因是磨料水刀这种工具具有“ 柔性” 特征， 因此对其进行精确控制相对复杂。在雕刻过程中，不仅要控制喷头的位置，同时要根据刻蚀工件材料的性质、 图案形状、 刻蚀深度、 磨料水刀工艺参数以及加工的质量要求等对喷头的运动参数——速度和加速度进行精确控制。本文作者首先建立磨料水刀切割的人工神经网络模型， 并应用所建立的模型来预测喷头移动速度。通过对喷头运动速度的控制来间接控制磨料射流的刻蚀深度。通过手工编程， 在 J J —I 型万能数控水刀切割机床上成功完成微型摩托车图案的雕刻。 

　　关键技术

　　由于目前国内还没有专用的磨料水刀加工数控系统， 因此磨料水刀切割机床大都借用通用数控系统。一般需要手工编程数控代码或者通过C A D／ C A M 系统设计( 或输入) 零件几何图形， 由自动编程系统产生零件加工数控代码， 然后指令信号发送给机床控制系统完成零件加工和简单的切割加   工不同， 要实现微细雕刻工艺，必须首先解决两个关键技术 ： 1 ) 切割深度控制； 2 ) 加工路径上直线 一弧线 一直线段问的加减速控制。由于水刀切割深度与射流系统、 材料工程性质和机床运动参数等有关。一般来讲， 水刀系统功率越大， 切割深度越深； 材料强度越高， 切割深度越小； 喷头移动速度越慢， 切割深度越深。为了简化问题和方便控制，般来说， 在雕刻工艺过程中， 图案除了直线段以外， 往往还有弧线段。由于磨料水刀本身的特点， 在直线段与弧线段或者弧线段与直线段的过渡处， 刻蚀图案往往会产生锯齿状的瑕疵， 有时甚至破环整个图形的美观造型。解决这个问题的办法是控制这些过渡处的( 减) 速度， 使运动平稳过渡。 

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