磨料水射流抛光

下载贤集网APP入驻自媒体

磨料水射流抛光是利用由喷嘴小孔高速喷出的混有细小磨料粒子的抛光液作用于工件表面,通过磨料粒子的高速碰撞剪切作用达到磨削去除材料,通过控制抛光液喷射时的压力、角度及喷射时间等工艺参数来定量修正工件表面粗糙度的抛光加工工艺。

一、基本原理

当压缩空气通过喷枪上喷嘴小孔高速喷出时,在喷嘴处产生负压,使液槽里搅拌好的含有细小磨料粒子的抛光液通过进液管吸入喷枪,从而形成高速射流,喷射到工件表面,借助于磨料粒子与工件表面高速碰撞,使工件上局部应力场应力高速集中,并快速变化,因而产生冲蚀、剪切,达到材料去除的目的。在抛光过程中,高速磨料粒子如同一把柔性的车刀,对工件表面进行切削加工。通过控制喷射的压力、角度及时间等参数来定量修正被加工件表面的面形,以达到去除材料、抛光的加工目的。抛光液喷出后,可通过回收装置返回盛有抛光液的容器,循环使用。

磨料水射流以一定角度冲击抛光工件时,磨料对工件的冲击力可分解为水平分力和垂直分力。水平分力对工件上的凸峰产生削凸整平作用,垂直分力对工作表面产生挤压,使工件表面产生冷硬作用。抛光初期,工件表面的凹谷处会滞留一部分磨料水射流混合液,形成一层薄膜。露置在薄膜外的凸峰,会先受到磨料的冲击作用而被去除掉,使工作表面得到明显的平整。通常表面粗糙度为微米级,这一过程通常被称为一级抛光(即粗抛光) 。在此过程中,材料的去除量较大,需选用颗粒较大的磨料,其材料去除机理被认为与普通磨料水射流加工机理相似。在磨料水射流抛光过程中,磨料去除工件表面材料的机制主要有两种,一种是塑性变形机制引起的,磨料对工件表面的冲击使材料向两侧隆起,这种过程并不会直接引起材料的切削过程,但在随后磨粒的作用下材料产生脱落而形成二次切屑。同时,磨粒也对工件表面如刨削一样有切削过程,这个过程可直接去除材料,形成一次切屑。另一种是利用混有磨料粒子的抛光液对工件的碰撞冲击、剪切刻划作用来去除材料。粗抛光后,工件表面上只留下较小的凸峰,这时水平冲击分力减小了,垂直冲击分力增大,使得磨料对工作表面的挤压作用增强了,这一过程通常被称为二级抛光,即精抛光。在这一过程中,材料去除量很小,需选用细颗粒磨料。这一阶段材料的去除机理至今还处于研究阶段。有学者认为,当材料去除尺度为纳米级别时,由于去除深度小于其临界切削深度,这时塑性流动便成为材料去除的主要方式,纳米尺度的磨料对工件的作用主要是挤压磨削作用。

二、主要特点

（1）磨料喷射加工与喷砂工艺不同,喷砂工艺的主要用途是清理工件表面,磨料喷射加工是利用磨粒对被加工材料进行切磨加工；喷砂工艺所使用的磨料粒度比喷射磨料加工中的磨料粒度更大；高速喷射的磨料微粒在严密控制下,能完成磨削抛光加工。

（2）与传统的抛光技术相比, 它的“加工刀具”是液体状的,不存在磨具磨损的问题,去除函数保持恒定,面形精度易于控制。可不破坏零件原有的尺寸精度,而达到较高的表面光度。

（3）抛光头是一很小的液体柱,能适合各种诸如齿轮、叶轮、各种模具、精密机械零件等各种型孔、型面及各种特殊复杂表面的抛光。抛光特性不受工件位置的影响,应用范围较广,既可用来加工金属材料,也可以加工非金属材料。

（4）磨料水射流抛光属于冷加工范畴,加工时对材料无热影响,切削时无火花,工件不会产生热变形和热影响区,对加工热敏感材料尤为有利。同时由于在加工过程中抛光液不断循环流动, 还能自动清除加工下来的碎屑。

（5）加工清洁,不产生有害人体健康的有毒气体和粉尘等,对环境无污染,提高了操作人员的安全性。抛光液基本不损耗,可重复使用,寿命较长。

（6)）加工“磨具”为高速高压液流,加工过程中不会变钝,减少了磨具准备、刃磨等时间,效率高。喷嘴与加工表面无机械接触,能实现高速加工。

（7）设备维护简单,操作方便,可以灵活地任意选择加工起点和部位,可通过数控,容易地进行复杂形状的自动加工。