微磨料漿體射流加工機(jī)理研究.pdf

1、微磨料漿體射流拋光技術(shù)是在磨料水射流加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型特種精密加工技術(shù)。其具有易控制、切削力小、自動(dòng)清除碎屑、無熱變形、無污染、磨料重復(fù)使用率高、加工柔性高、能加工各種材料且不受工件幾何形狀限制等特點(diǎn)，特別是在復(fù)雜微小零件表面和較長長徑比的型腔表面加工方面，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文首先介紹了微磨料漿體射流拋光技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后制定了一系列實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)微磨料漿體射流特性、微磨料漿體射流加工形貌特征和微磨料漿體射流拋光工藝

2、與機(jī)理進(jìn)行了深入研究。最后在相關(guān)研究結(jié)論指導(dǎo)下對(duì)微磨料漿體射流修形工藝進(jìn)行了探索，提出了相應(yīng)的修復(fù)思想與理論。本文主要結(jié)論如下:
　　 (1)在微磨料漿體射流的射流特性研究方面:
　　 微磨料漿體射流加速主要分為管道內(nèi)加速、噴嘴內(nèi)加速和空氣中加速;不同入射角下，射流沖蝕中心區(qū)域以及碰撞后在工件表面形成的水膜形狀不同。正向沖蝕力隨著射流入射角的增大而逐漸成拋物線的方式增長，最大正向沖蝕力出現(xiàn)在90°入射角;射流切向沖蝕力隨

3、入射角增大逐漸增大，達(dá)到最大值后又逐漸減小，最大切向沖蝕力出現(xiàn)在25°入射角;射流水平?jīng)_擊力最大值出現(xiàn)在距離射流中心區(qū)域5mm附近;射流沖蝕力都存在波動(dòng)現(xiàn)象。
　　 (2)在微磨料漿體射流加工形貌特征方面:
　　 當(dāng)入射角為90°時(shí)，沖蝕加工區(qū)域呈比較規(guī)則的圓環(huán)狀，加工區(qū)域截面像兩個(gè)連著的扁平雙“W”形狀;入射角為60°時(shí)，先接觸到射流的區(qū)域呈現(xiàn)出“新月形”，拋光區(qū)域整體似典型的“馬蹄形”，截面曲線為“W”形狀;入射角為

4、30°時(shí)，沖蝕加工區(qū)域似“音叉”形狀，沖蝕孔整體像橢圓形的“葉片形”，截面曲線為“V”形狀。噴嘴切向移動(dòng)拋光去除較均勻，深度較深，橫向移動(dòng)拋光去除不均勻但是有效去除面積較大。拋光前表面有比較明顯的劃痕和蝕坑，拋光后工件表面光滑，幾乎沒有宏觀劃痕。拋光前工件表面粗糙度Ra=0.3068μm，Rz=2.6646μm，拋光半小時(shí)后，拋光后Ra=0.1628μm，Rz=1.3612μm，工件表面質(zhì)量得到明顯的改善。
　　 (3)在微磨料

5、漿體射流拋光工藝與機(jī)理方面:
　　 噴射壓力、進(jìn)給速度對(duì)平面拋光時(shí)材料去除深度的作用最大;磨料種類、進(jìn)給速度對(duì)表面粗糙度(Ra)的作用最大。入射角為25°左右時(shí)大部分的磨料顆粒接觸角對(duì)工件的材料去除最為有利;當(dāng)顆粒以較小接觸角沖蝕工件時(shí)，大部分顆粒對(duì)工件起剪切作用;顆粒外表面的尖角和“刀刃”在材料去除中起了很大作用，只有當(dāng)它們被磨鈍后，顆粒才會(huì)較小或失去繼續(xù)去除材料的能力，而顆粒通過斷裂或破裂來不斷更新表面的尖角和“刀刃”，這大

6、大提高了顆粒的重復(fù)使用性。對(duì)比玻璃和模具鋼工件沖蝕區(qū)域表面形貌，初步判斷塑性材料的材料去除中塑性去除占主要部分，而脆性材料的去除全部是脆性去除的。
　　 (4)在微磨料漿體射流修形工藝方面:
　　 磨料種類、噴射壓力對(duì)沖蝕孔材料去除體積的作用最大。各種走刀方式下加工出直線形貌各有特點(diǎn)。在非90°的入射角時(shí)，噴嘴橫移加工后直線寬度較寬，深度較淺，沿著噴嘴移動(dòng)中心線不對(duì)稱;切向移動(dòng)時(shí)則相反，加工后直線寬度較窄，深度較深，沿著

7、噴嘴移動(dòng)的中心線對(duì)稱。當(dāng)修復(fù)區(qū)域比較小時(shí)，可以使噴嘴靜止對(duì)著需要修復(fù)的區(qū)域進(jìn)行沖蝕修復(fù);缺陷是一條直線或幾何規(guī)則曲線時(shí)，可使噴嘴以一定的進(jìn)給速度沿著需要修復(fù)的曲線運(yùn)動(dòng)，從而完成修復(fù);當(dāng)劃痕較深或是不規(guī)則曲線劃痕，要對(duì)曲線周圍的區(qū)域進(jìn)行修復(fù);較大區(qū)域面的修復(fù)問題可以分區(qū)域進(jìn)行修復(fù)，中間部分采用平面拋光的方式，而過渡區(qū)域采用過渡加工策略修復(fù)。由于掩膜的存在，射流流動(dòng)受阻，流向改變，沖蝕孔區(qū)域也發(fā)生改變;金屬材料掩膜材料較硬，容易對(duì)工件表面造