巩义市泰和水处理材料有限公司
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金刚砂磨料的流动加工方法

  • 磨料流动加工(Abrasive Flow Machining,AFM)是指在一定的机械压力(<1OMPa)作用下,使含有磨料的半固态黏弹性介质,往复流经工件的内外表面、边缘和孔道。以达到去毛刺、倒棱、抛光和去除再铸层的方法(也称为挤压研磨)。
    金刚砂磨料流动加工的加工精度高且稳定,可去除精密零件上0.15mm的槽缝和0.13mm小孔的毛刺,可精确倒棱尺寸为0.013-2mm。表面粗糙度Ra值为0.15μm,加工重复精度为5μm且不产生第二次毛刺、剩余应力和变质层。特别适用于精密零件和复杂型腔、交叉孔、深小孔格的壳型零件、脆性零件加工。加工时间为5s-10min。比涡轮叶片手抛功效高12-16倍,加工有600多个冷却孔(φ1.17-2.69mm)的喷气发动机燃烧室零件,仅用8min。全自动加工每天可加工燃油喷嘴3万件。
    图8-53所示为金刚砂磨料流动表面光整加工试验装置及磨料流动参数间的关系。
    假定磨粒形状为半径R的球,磨粒转动是受约束的,则磨粒的切削深度h和切献宽度x为h=h0e-Kl
    x=2R2-(R-h0e-Kl)2
    K=2πRC/C0
    式中l磨料流距离;
    h0-开始切削深度;
    C0-黏性系数;
    C-常数。
    由图8-53(a)可见,随着金刚砂磨料流距离变长,切削深度、切削宽度缓慢地减小。磨料流属黏性流体,流经圆形通道时,沿流动方向压力梯度近似为常数,在入口处压力大,磨粒切痕深、宽(呈湍流状态,然后进入稳流状态)。出口处压力小,切痕浅、窄。流体在入口湍流中磨料发生转动,磨粒锋利,刃口转向加工面,切削作用强,切削量大;在进入稳流过程中,以光滑面相切,主要是挤压、刮擦,切削弱,切削量小。通过图8-53(d)所示试验装置可得到图8-53(b)所示的切削深度与通道长度的关系曲线。可见,随e角的增大,切深鼓形度增大。如果料缸往复运动,则是两条单程曲线叠加[图8-58(c)],可用此原理修鼓形齿轮齿向,生产率高并能保证修形精度。调整金刚砂磨料流压力、磨削介质和加工时间,容易控制修形量,同时可改善齿面粗糙度、降低综合噪声、提高齿轮副的传动效率。
  • 常用磨料流动加工装置有动力磨料流加工机和半固体挤压研磨机两种。
    (1)动力磨料流加工机
    动力磨料流加工机示意如图8-54所示。将含有磨粒质量分数25%-70%的聚合物加入碳氢化合物凝胶均匀混合的加工介质,在上、下活塞推挤下高速流动,往复通过工件的径向小孔,由磨料对工件表面抛光、去毛刺或倒角等。动力磨料流加工机限制加工孔径大于0.35mm,去除飞边最大厚度为0.3mm,倒圆角半径为1-1.5mm,表面粗糙度Ra值达0.2μm。常用磨料有碳化硅和刚玉,加工淬硬工件可用碳化硼磨料,加工硬质合金、陶瓷工件可用金刚石磨料。磨料流动加工机因柔性加工,选用较粗磨粒仍可获得低表面粗糙度值的加工表面。常用磨粒为20#-100#。细磨粒主要用于精细抛光和软金属抛光。
    (2)半固态挤压研磨机
    其加上机理与动力磨料流加工机相似,区别是挤压研磨机使用半固态黏弹性加工介质(似胶姆糖的高分子树脂),需在10MPa左右的高压推挤下工作:而动力磨料流加工机使用流动性较大的液体与磨料混合介质,压力在1-3.5MPa范围内。半固态挤压研磨机工作原理如图8-55所示,金刚砂可对工件表面抛光、去毛刺和倒圆角等。黏弹性较低的介质越靠孔壁流速越小,越靠中心流速越大,这一速度差,在入口处拉伸滑动将锐角倒圆;黏弹性高的介质,在相对较低的压力下,以较小流量缓慢移动,各部分速度大致均一,孔壁可获得均匀的材料切除量。加工时随着磨粒磨钝、切屑增多、高分子树脂老化,需及时更新介质(介质寿命约为600h)。
  • 黏弹性介质种类及用途列于表8-10中。
    表8-10黏弹性介质种类及用途
    介质种类
    特征
    通过孔径/mm
    使用范围
    max
    min
    S-S-S
    超软
    3.0
    0.4
    去毛刺、倒圆角(特别适用于通过性很差时)、小孔内表面研光、模具微小孔研光
    S-S
    6.0
    0.8
    S-H
    中软
    12.0
    2.0
    去毛刺、倒圆角、模具型腔等研光
    H-S
    中硬
    25.0
    3.0
    不希望倒梭角、圆角零件,模具型面研磨出一定尺寸和表面粗糙度、刃口部位倒梭及不大于0.1-0.2mm的圆角等
    H
    50.0
    6.0
    U-H
    超硬
    70.0
    20.0
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