磨料流加工制作工藝

由美國與薩諸塞州Dynetics公司開發(fā)的Dynaflow磨料流加工工藝(AFM)是一種強(qiáng)迫含磨料的介質(zhì)在工件表面或孔中往復(fù)運(yùn)動的金屬精加工工藝, 它具有廣泛的應(yīng)用前景。

50年前, AFM當(dāng)最先出現(xiàn)時, 它主要用于清除金屬件中難于到達(dá)的內(nèi)通道及相交部位的毛刺。它特別適用于加工難加工合金材料制成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航空元件。近年來, 它已被用于精加工流體動力元件中表面粗糙度要求達(dá)0.127μm的不能接近的內(nèi)表面。

一是磨料流加工機(jī)床,它給磨料施加壓力。二是流體磨料,它由高分子材料和磨粒組成。這種高分子材料與金屬不粘連而與磨粒粘結(jié)好,不揮發(fā),起保證磨粒流動作用。磨粒可采用氧化鋁、剛玉.碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金剛石等。三是夾具,夾具使工件定位,并與工件待加工表面構(gòu)成流體磨料通道,并起導(dǎo)引流體磨料流動作用。

AFM的基本原理：介質(zhì)速度最大時, 磨光的能力也最大。這里, 夾具的結(jié)構(gòu)起著重要作用, 它決定著介質(zhì)速度在何處最大。夾具用于使工件定位和建立介質(zhì)流動軌跡, 是精加工所選擇部位而不觸及相鄰部位的關(guān)鍵所在。

每種工件都需要專用的夾具。某些帶有可換鑲嵌件的夾具能夠精加工具有相似形狀的不工件。雖然夾具是決定加工某種工件工作量最有影響的因素, 而其它因素, 如介質(zhì)壓力,介質(zhì)流循環(huán)次數(shù)及介質(zhì)成份也很重要。

Dynaflow AFM介質(zhì)是飽含磨料的聚合物基復(fù)合物, 具有柔韌“ 銼刀” 作用。復(fù)合物的性能由介質(zhì)粘度, 懸浮在聚合物基中的磨粒尺、類別和數(shù)量來確定。高粘度復(fù)合物為磨粒提供一種高彈性介質(zhì)并在每次流動循環(huán)中使材料磨除率最大。這種復(fù)合物適用于有大內(nèi)截面通道的零件加工。低粘度復(fù)合物流動性最好,可通過直徑小到0.254mm的微孔。

介質(zhì)基液是一種象橡膠的聚合物和象凝膠體的潤滑稀釋劑的摻和物。粘度由聚合物和稀釋劑之比來確定。磨粒一般是碳化硅、剛玉或碳化硼。粒度規(guī)格可從粗的(篩)號到(篩)號, 且常常把兩種或三種號的混合在一起。要磨光一個特別堅(jiān)硬的表面, 如碳化鎢模具, 應(yīng)采拜10~15μm的金剛石粉末。

第一、 擠壓研磨機(jī)床

其作用是固定工件和夾具，控制擠出壓力。在一定的壓力作用下，使磨料研磨被加工表面，得到去毛刺、倒角的效果。機(jī)床壓力范圍從7～224 kg/cm2；

第二 、磨料

是由一種具有粘彈性、柔軟性和切割性的半固態(tài)載體和一定量磨砂拌和而成。不同載體的粘度、磨砂種類、磨粒大小，可以產(chǎn)生不同的效果。常用磨料類型有：碳化硅、立方氮化硼、氧化鋁和金鋼砂。砂粒尺寸在0.005～1.5mm。高粘度磨料可用于對零件的壁面和大通道進(jìn)行均勻研磨；低粘度磨料用于對零部件邊角倒圓和小通道進(jìn)行研磨；

第三、夾具

使零件定位，并引導(dǎo)磨料到達(dá)被加工部位，堵住不需要加工的部位。

要順利完成零件的磨粒流加工，得到最佳加工效果，影響因素很多，除設(shè)備以外，還包括磨料的選擇、擠壓力的大小、循環(huán)次數(shù)、夾具的合理設(shè)計(jì)等。

優(yōu)點(diǎn):擠壓研磨是對金屬材料進(jìn)行微量去除，對零件內(nèi)腔交叉部位去毛刺并倒圓，達(dá)到精細(xì)加工的目的。磨粒流加工具有精確性、穩(wěn)定性和靈活性。廣泛用于汽車業(yè)和各種生產(chǎn)制造業(yè)。它最根本的優(yōu)點(diǎn)是：可以通達(dá)零件復(fù)雜而難以進(jìn)入的部位；拋光表面均勻、完整；批量零件的加工效果重復(fù)一致。這些加工特點(diǎn)使零件性能得到改善，壽命延長，同時減免繁雜的手工勞動，大大降低勞動強(qiáng)度。如汽車進(jìn)氣管，手工拋光其內(nèi)表面時，只能先切割開，拋光后再焊接起來。而用磨粒流加工方法，不需要切割打開就可以完成內(nèi)表面拋光。除了作為一種拋光手段，磨粒流工藝還可以對一些表面形狀公差、質(zhì)量要求極其嚴(yán)格的零件進(jìn)行微量磨削加工。

應(yīng)用：磨料流加工適用于加工不同的零件和尺寸。小至0.2mm的小孔或1.5mm直徑的齒輪，大至50mm直徑的花鍵通道，甚至1.2m的透平葉輪。加工大型零件的機(jī)床可以裝置回旋臂或輸送軌道。

該工藝已廣泛用于汽車零部件的精加工：進(jìn)排氣管、進(jìn)氣門、增壓腔、噴油器、噴油嘴、氣缸頭、渦輪殼體和葉片、花鍵、齒輪、制動器等。如：粗糙的氣缸頭鑄造件在專門的二工位磨粒流生產(chǎn)線上，每小時生產(chǎn)量可達(dá)到30件，粗糙度從Ra4μm或Ra5μm達(dá)到Ra0.4μm,可使廢氣排放量減少7%，發(fā)動機(jī)功率增加6%，行駛里程數(shù)增加5%。

最近幾年，研制開發(fā)出的微孔磨粒流機(jī)床，在加工噴油嘴方面獨(dú)樹一幟。它根據(jù)擠出壓力、磨料溫度和粘度之間的關(guān)系，進(jìn)行復(fù)雜的程序運(yùn)算。加工過程中，當(dāng)噴油嘴的設(shè)定流量到達(dá)時，加工即自動停止。加工時間在10秒左右，流量散差可控制在±1%。與此加工設(shè)備配套的還有流量測試儀以及高壓清洗設(shè)備。這些設(shè)備可根據(jù)用戶需要，提供單工位或多工位的。也可以是帶機(jī)械手連接，包括加工、測量、清洗的全套系統(tǒng)。

電化學(xué)去毛刺

零件內(nèi)通道相交處粗糙并帶有毛刺一直是令人頭痛的問題。電化學(xué)去毛刺是解決這些問題的好方法。這一技術(shù)是用成形工裝，對工件的選定部位進(jìn)行加工,接通電流的電解液在工件和工裝之間通過，瞬間溶解毛刺，去毛刺的同時，在內(nèi)通道相交處產(chǎn)生均勻、精確的倒圓邊角。加工時間一般在10秒到30秒之間。大多數(shù)工件采用多個電極頭工裝，可以達(dá)到更高的工作效率。去除量取決于工件（正極）和工裝（負(fù)極）之間電流量的大小。電極頭通常設(shè)計(jì)成與工件表面相對稱的形狀。對金屬材料制成的零件自動地、有選擇地完成去毛刺作業(yè)。它可廣泛用于氣動、液壓、工程機(jī)械、油嘴油泵、汽車、發(fā)動機(jī)等行業(yè)不同金屬材質(zhì)的泵體、閥體、連桿、柱塞針閥偶件等零件的去毛刺加工。

水射流切割磨料，俗稱“水刀砂”，分為天然磨料（如石榴石磨料）和人造磨料（如白剛玉磨料），目前國際通用材質(zhì)為石榴石天然磨料，目前國內(nèi)主產(chǎn)地在山東、江蘇等地區(qū)。

大顆粒磨料質(zhì)量大、不易被加速，小顆粒磨料質(zhì)量小，被加速后其動能達(dá)不到較強(qiáng)的切割能力。只有合適的粒度奶油最強(qiáng)的切割能力。實(shí)驗(yàn)證明，人造白剛玉磨料的切割能力雖高于天然磨料，但對磨料混合管的磨損卻是天然磨料的數(shù)十倍，而且價格昂貴。因此，選用國產(chǎn)的粒度為80目的石榴石水切割磨料比較適宜。

磨料水射流切割注意事項(xiàng)

選擇磨料時一定要注意灰塵含量，如果灰塵、泥土過多，容易造成砂管堵頭、砂管損傷、增加成本等結(jié)果：

1、砂管堵頭?；覊m含量大的水切割砂容易出現(xiàn)受潮，造成磨料中灰塵、泥土固結(jié)成團(tuán)的現(xiàn)象，導(dǎo)致砂管堵頭，水出不來，反而會在輸砂管出現(xiàn)膨脹甚至是漏水現(xiàn)象。需立即停機(jī)清理，防止砂管損傷。一噸磨料價值幾百元，而一根砂管從幾百到上千不等。

2、廢砂難清理。在溜槽中的廢沙經(jīng)過積累沉淀，需要定期清理。如果所選磨料含有的灰塵量過高，則廢沙很難清理，可能需要派專人用半天甚至是一天的時間專門來做清理工作。

3、無形增加采購成本。采購一噸磨料，如果里面含有五分之一的灰塵和過于細(xì)小的砂粒，相當(dāng)于支付了二百斤灰塵和過細(xì)無效顆粒的成本，因?yàn)榛覊m和過細(xì)的顆粒都是起不到切割和研磨的作用。

磨料水射流切割鑒別方法

將沙子和水以1:2的比例倒在一個礦泉水瓶里，用力搖晃，看水的渾濁度即可分辨磨料的清潔度。