26、花岗岩磨料水射流加工的多目标优化研究

花岗岩磨料水射流加工的多目标优化研究

1. 磨料水射流加工概述

磨料水射流（AWJ）加工过程几乎没有边界，非常适合二维和三维加工。无论是切割廉价的建筑钢材还是不锈钢材料，都能获得良好的加工效果。在加工过程中，如果对质量有较高要求，就必须正确选择工艺参数，并在磨损变形段出现之前结束加工过程。

此前，许多研究人员在AWJ加工参数优化方面做了大量工作。例如，Nagdeve等人采用Taguchi法与ANOVA相结合的方法进行参数优化，分析表明，靶距影响材料去除率（MRR），而表面粗糙度则受磨料流速的影响较大。Ramprasad等人研究发现，对于403不锈钢工件材料，水压力是最有影响的因素，其次是靶距和磨料流速。Liu等人使用响应面方法（RSM）与Box - Behnken设计（BBD），结果表明，横向速度与水压力、磨料流速和倾斜角度一样，都是影响加工效果的重要因素。此外，还有研究人员开发了人工神经网络（ANN）模型来预测切割速度和切割深度，以及采用遗传神经技术来建议最佳的输入参数组合。

2. 研究动机与目标

目前，虽然研究人员对ABWJ加工过程进行了一定的研究，但仍有进一步探索的必要。表面粗糙度和材料去除率是AWJ加工过程中最重要的响应指标，而工艺变量会影响这两个指标。因此，本研究旨在分析各种输入变量对花岗岩材料AWJ加工过程中表面完整性和MRR的影响，通过同时最小化表面粗糙度和最大化材料去除率来进行多目标优化。具体方法是通过实验进行观察，使用RSM和期望方法分析数据，并建立数学模型来确定响应与工艺参数之间的关系，最终为工业界提供可靠的输入变量选择依据，以实现花岗岩磨料水射流加工的理想性能。

3. 实验过程

3.1 实