精密零件的微磨料气射流光整加工

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低温微磨料气射流加工微流道专用机床

第53卷第1期2021年2月南京航空航天大学学报Journal of Nanjing University of Aeronautics & AstronauticsVol. 53 No. 1Feb. 2021DOI ： 10. 16356/j. 1005-2615. 2021. 01. 010低温微磨料气射流加工微流道专用机床钱炳坤打孙玉利打张桂冠打刘旭*1，高航2,左敦稳1基金项目：国家自然科学基金面上(52075254)资助项目；大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室研究基金 (JMTZ201901)资助项目；江苏省研究生科研与实践创新计划(KYCX20_0183)资助项目；南京航空航天大学2019年研究生创新基地(实验室)开放基金(kfjj20190503)资助项目。

收稿日期:2020-07-17 ；修订日期:2020-10-14通信作者：孙玉利，男，教授，博士生导师,E-mail ： ****************.cn 。

引用格式：钱炳坤，孙玉利，张桂冠，等.低温微磨料气射流加工微流道专用机床[J ].南京航空航天大学学报,2021,53(1) ： 93-100. QIAN Bingkun ，SUN Yuli ，ZHANG Guiguan ，et al. Micro-channel special machine tool for cryogenic micro -abrasive air jet machining] J ]. Journal of Nanjing University of Aeronautics Astronautics , 2021，53(1): 93-100.(1.南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室，南京210016； 2.大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，大连116024)摘要：针对目前低温微磨料气射流加工用简易实验装置中存在的问题，研制了低温微磨料气射流加工微流道专用机床。

几种精密磨削加工

几种精密磨削加工第一节精整和光整加工精整加工是生产中常用的精密加工，它是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层，以提高工件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法，如研磨和沂磨等。

光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，以减小工件表面粗糙度为目的的加工方法，如超级光磨和抛光等。

一.研磨研磨是在精加工基础上用研具和磨料从工件表面磨去一层极薄金属的一种磨料精密加工方法。

尺寸公差等级可达IT5～IT3，Ra值可达0.1～0.008μm 。

1．研磨的种类① 湿研将液状研磨剂涂敷或连续加注于研具表面，使磨料(W14～W5)在工件与研具间不断地滑动与滚动，从而实现对工件的切削。

湿研应用较多。

② 干研将磨料(W3.5～W0.5)均匀地压嵌在研具表层上，研磨时需在研具表面涂以少量的润滑剂。

干研多用于精研。

③ 半干研所用研磨剂为糊状的研磨膏，粗、精研均可采用。

2．研磨原理① 微细性：可对工件进行0.01～0.1μm切削。

② 随机性：工件与研具随机接触,高点相互修整，误差逐步减小，精度同时得到提高。

③ 针对性：可检测工件，有针对性变动研磨位置和掌握研磨时间，保证尺寸和形状精度。

3．研具材料和研磨剂1) 研具材料铸铁：研磨淬硬和不淬硬的钢件及铸铁件。

黄铜：研磨各种软金属。

2) 研磨剂① 磨料：氧化铝、碳化硅、氧化铁、氧化铈等。

② 研磨液：机油、煤油、动物油及油酸、硬脂酸4．研磨方法1) 研磨外圆说明：① 研磨外圆一般在精磨或精车基础上进行。

手工研磨外圆可在车床上进行，工件和研具之间涂上研磨剂，工件由车床主轴带动旋转，研具用手扶持作轴向往复移动。

研磨示意图② 机械研磨外圆在研磨机上进行，一般用于研磨滚珠类零件的外圆。

研磨示意图研磨示意图2) 研磨内圆说明：研磨内圆需在精磨、精铰或精镗之后进行，一般为手工研磨。

研具为开口锥套，套在锥度心轴上研磨剂涂于工件与研具之间，手扶工件作轴向往复移动。

研磨一定时间后，向锥度心轴大端方向调整锥套，使之直径胀大，以保持对工件孔壁的压力。

微磨料水射流对工件表面抛光作用的研究

微磨料水射流对工件表面抛光作用的研究近年来，许多行业都在使用水射流抛光技术来提高工件表面质量。

由于水射流抛光过程所涉及的颗粒粒径较小，因此具有一定的抛光效果。

此外，水射流抛光可以节省劳动力，节约能源，提高工件表面质量，保证表面精度和表面光洁度，从而为行业生产带来若干好处。

因此，本研究将从微磨料水射流抛光技术的基本原理、装备及表面处理研究出发，探讨其在工件表面抛光中的应用。

一、微磨料水射流抛光技术的基本原理微磨料水射流抛光技术是利用现代技术所开发出的一种新型技术，它将砂轮、砂纸和其他磨料用水射流进行加工，通过把磨料的磨擦力转换成水力，在工件表面形成微细的拉裂、剥落、波浪状划痕，在磨料和工件之间形成微小的摩擦力，以达到良好的表面效果。

微磨料水射流抛光技术的基本原理是：首先，将适当浓度的磨料溶液和足够的水压力混合在一起，经过压力调节后放入水射流抛光装置，控制水流量，使水射流中携带的磨料能够得到充分表现，最后将磨料溶液通过喷嘴喷出，磨料溶液中的磨料粒子以溅射的形式作用于工件的表面，从而形成一种抛光效果。

二、微磨料水射流抛光装备及表面处理1、微磨料水射流抛光装备：微磨料水射流抛光装备的关键部件有水泵、控制阀、涡轮增压器、罐内搅拌器和扩散器。

主要完成工作包括：将磨料溶液混合于水中，控制混合流量，把水力压力转换成抛光粒子出口速度，控制喷枪坐标移动，控制磨料和水的比例，以及控制磨料的粒径和浓度。

2、微磨料水射流表面处理：完成微磨料水射流抛光需要综合运用几种技术来实现。

具体表面处理技术可以分为打磨、抛光、橡皮擦和上蜡等。

打磨，即利用磨料溶液与工件表面摩擦，去掉前期表面处理遗留的粗糙表面；抛光，即采用水射流抛光装置将微粒粒磨料溶液射向工件表面，使工件表面形成微细的拉裂、剥落、波浪状划痕，从而获得细腻光滑的表面；橡皮擦，即利用一定硬度的软橡胶材料，用轻轻的摩擦力对工件表面表面细节进行清洁；上蜡，即利用蜡材料与工件表面摩擦，让蜡材料溶质与工件表面形成紧密结合，从而达到护理表面、减少锈蚀及清洁等目的。

微磨料气射流加工特性实验研究

料的连续送料技术和掩膜加工技术的特点，别适特于加工不宜使用热加工技术切割的硬脆材料，适如用于制作半导体、电子设备和液晶显示元器件的陶
以下简称ＭＡＭ）Ｊ加工技术是对硬脆材料进行微细
加工的一种非常有潜力的方法。与其它的加工技术相比，磨料气射流加工具有环境友好、于控微易
该装置实验调查了射流特性及喷射参数对微磨料气射流加工的影响规律，并结合气固两相流理
论对问题进行了分析。得到了微磨料气射流加工中喷射距离、射时间和磨料粒度对加工效果的喷影响规律，最终确定了合理的加工参数。
拌式等。过调研和考查国内外一些喷砂装置的混通料方式，为直压式结构简单而且效果较好。本实认
１引言
微磨料气射流（ｃｏＡｒｓｅＪｔｃｉｉｇＭｉ－ｂａｉｈｎ，ｒｖｅＭａｎ
制、无热影响区等优点。作为一种微细加工技术，ＭＡＭ是在传统的喷砂加工技术基础上发展起来Ｊ
的一种精细加工方法。它结合了微细磨料切削、磨
・
Ｉ前道制造・Ｃ
瓷、璃、合物等材料的精密微细加工。现在所玻聚但用的微磨料气射流系统仅是简单地采用喷砂的原
理，需对装置的喷射特性及不同喷射参数对材料急

微磨料气射流加工机理实验研究

喷射距离、射时间、喷喷射压力、喷射流量和磨料粒度对加工效果的影响的一般规律．
关
键
词：微磨料气射流ｈ－；Ｙ硬脆材料；－喷嘴；喷砂
文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｇ１５６Ｔ１．
ＥｘｅｉｅａｌＩｖｓｉａｉｎｈｅｈｎｓｏｐｒｍｎｔｎｅｔｇｔｏｎｏｔｅＭｃａｉｍｆ
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２７月０年１００
第２６卷第５期
沈阳理工大学学报
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＦＳＨＥＮＹＡＮＧＬＩＧＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩ
Ｖｏ１．２６Ｎｏ０ｃ．２００ｔ
ＡｓａｔＭｉｏａｒｓｅｊｔｃｉｉｇＭＪｉａｋｄｏｏｎｉｃｎｌｙｆｒｈｎｂｔｃ：ｃ —ｂａｉｈｎｎ（ＡＭ）ｓｉｆｔｔｌｅｈｏｏｅｔｙｒｒｖｅｍａｎｐｅａｔｇｏｔｉ
ｐｏｅｓｎｆｔｅｈｒｒｓｔｒａ．Ｔｈｘｅｍｅｔｌｓｕｙｏｈｒｓｔｒａｒｃｓｉｇｒｃｓｉｇ ห้องสมุดไป่ตู้ ｈａｄｃｐｍａｅ１ｉｉｅｅｐｒｎａｔｄｆｔｅｃｐｍａｅｌｐｏｅｓｎｉｉｉ
ｍｅｈｎｓｏｃａｉｍｆＭＡＪｉｎｉｏｔｎｅｅｒｈｄｒｃｉｎｏｅｆｅａｄｐｅｉｅｐｏｅｓｇａｅＭｓａｍｐｒａｔｓａｃｉｔｆｈｎｒｃｓｒｃｓｉｒ— ｒｅｏｔｉｎｎａｎｏｄｒｏｓｄｃａｉｍｆＭＡＪ，ｎｅｐｒｍｅｔｓｍａｅｉｅｆｅｆｍａｅｅｕｐ．ＩｒｅｔｙｍｅｈｎｓｏｔｕＭａｘｅｉｎｄｎａｓｔｌｉｏｓ－ｄｑｉ—

微磨料气射流成形加工硅片表面粗糙度模型

微磨料气射流成形加工硅片表面粗糙度模型李全来【摘要】微磨料气射流加工技术具有热影响区小、加工时切削力小、几乎能加工所有材料的优势,适合硬脆材料的成形加工.表面粗糙度是衡量微磨料气射流成形加工质量的重要指标之一.通过微磨料气射流成形加工硅片实验,获得表面粗糙度的实验数据.用量纲分析法归纳出微磨料气射流成形加工表面粗糙度的无量纲影响参量,获得表面粗糙度的无量纲函数通式.基于广义回归神经网络的基本结构,以无量纲函数通式中的自变量为网络的输入,因变量为网络的输出,以表面粗糙度实验数据为样本集,构建了基于量纲分析法的广义回归神经网络表面粗糙度模型.实验证明该模型能有效的预测表面粗糙度.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2015(037)021【总页数】5页(P22-26)【关键词】微磨料气射流;表面粗糙度;无量纲分析;广义回归神经网络【作者】李全来【作者单位】北京工商大学材料与机械工程学院,北京 100048【正文语种】中文【中图分类】TH1610 引言微磨料气射流（Micro Abrasive Air Jet，MAAJ）加工技术用混有微细磨料（平均粒径小于100μm）的高速空气射流束作用于工件表面，依靠磨料粒子的高速冲击作用去除工件材料[1]。

MAAJ具有热影响区小、加工时切削力小、几乎能加工所有材料的优势。

自上世纪90年代初荷兰飞利浦研究实验室将该技术用于玻璃板钻微孔以来，经过二十多年的发展，MAAJ已经成为硅片、玻璃、陶瓷等硬脆材料成形加工的重要技术之一。

目前该技术用于制造微机电系统中的微型加速度传感器、毛细管电泳芯片中的微流道、生化分离器中的微型泵等[2]。

表面粗糙度是评价磨料射流加工表面质量的重要研究指标之一。

各国学者针对磨料射流表面粗糙度展开了大量的研究。

Jafar等[3]假设在工件表面上每个磨料粒子产生的冲击凹痕大小、形状均相同，而且这些冲击凹痕排列紧密、没有重叠，基于准静态压痕断裂力学建立了玻璃的微磨料气射流加工表面粗糙度理论模型，该模型的平均预测误差为36%。

精密微小零件加工方法

精密微小零件加工方法
1、磨削加工：一般采用数控机床的螺纹刀来实现，此种加工方法可
以达到精度很高的要求，但是加工时间较长，不适合大批量生产。

2、精密切割：采用气动切割或电火花切割这两种来实现，这两种切
割方法可以较快的完成加工，但是切割精度可能存在一定的误差。

3、拉削加工：此种加工方法可以达到非常高的精度要求，但是拉削
加工一般都需要采用自动化设备，加工速度较慢，不宜大面积加工。

4、冲压成型：采用模具对零件进行成型处理，可以较快的完成加工，但是对于精密零件，制作模具较为复杂，一般不采用此种加工方法。

微磨料气射流加工技术研究现状与展望

微磨料气射流加工技术研究现状与展望
张桂冠;赵玉刚;赵国勇;高跃武;孟建兵;孙玉利;左敦稳
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2024(67)5
【摘要】微磨料射流加工技术是一种基于高能流体的磨粒冲蚀磨损加工技术,已广泛应用于难加工材料、复杂三维型面、光滑表面的加工。

为进一步提高磨料射流加工过程中的精准控形控性能力,国内外学者开展了诸多基础加工理论与工艺探索等
方面的研究工作。

本文在概述磨料射流加工技术发展的基础上,全面总结了国内外
学者在微磨料气射流加工(MAJM)技术中的微磨料气射流束发散效应及其抑制策略、材料力学性能对材料冲蚀去除模式的影响、材料冲蚀加工过程磨料嵌入抑制策略、微结构冲蚀加工几何特征等方面的主要研究成果,并对微磨料射流加工技术的难点
与发展趋势进行了展望。

【总页数】13页(P14-26)
【作者】张桂冠;赵玉刚;赵国勇;高跃武;孟建兵;孙玉利;左敦稳
【作者单位】山东理工大学先进制造研究院;山东理工大学机械工程学院;南京航空
航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
【相关文献】
1.微磨料气射流加工的射流仿真与分析
2.低温微磨料气射流加工微流道专用机床
3.微磨料气射流加工的混砂器磨料雾化数值模拟
4.低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究
5.微磨料水射流加工技术研究现状
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２００６年６月
金刚石与磨料磨具工程
Ｄａｎｉｍｏｄ＆ＡｂａｉｅｎｉｅｒｇｒｓｖｓＥｇｎｅｎｉ
Ｊｎ．０６ｕｅ２０
Ｓｒ１１３Ｎｏ３ｅｉ．５ａ．
第１５３期第３期
ｒｓｄａａｇｏｔｅｍａｈｎｄｓｒａｏ．Ｔｅｂｓｃｐｎｉｌｎｈｒｃｅｉｔｓｏｅｔｃｎｌｇｎｈｎｕｎｉｇｐｏｅｓｆｃｅｉｕｌｄｍａｅｔｃｉｅｕｆｅｓｈａｉｒｃｐｅａｄｃａａｔｒｉｆｈｅｈｏｏｙａｄｔｅｉｆｅｃｎｒｃｓ－ｈｉｓｃｔｌａ
近年来，在非传统去毛刺加工方法中，磨料气射流去毛刺由于初始成本低、微生产效率高、灵活性强、无应力、无
热影响区，在精密零件的光整加工中获得了广泛的应用。本文详细介绍了微磨料气射流用于光整加工去毛刺的加工原理、材料去除机理、毛刺的工艺参数以及对棱边尺寸的影响，去并列举了一些微磨料气射流在不同应用领域的加工实例。关键词微磨料气射流加工；精密零件；毛刺；去光整加工
（．ｕｎｄｎｎｅｉｃｎｌｙｕｎｚｏ００ｈｎ；１ＧａｇｏｇＵｉｒｔｏＴｈｏｏ，Ｇａｇｈｕ５０９，Ｃｉａｖｓｙｆｅｇ１
２ＵｉｒｔｏＮｗＳｕｈＷｌ，ｕｔｌ）．ｎｅｉｅｏｔａｅＡｓａｉｖｓｙｆｓｒａ
文章编号：０６～５Ｘ（０６００５０１０８２２０）３— ０７— ５
精密零件的微磨料气射流光整加工
樊晶明王成勇王军
（．１广东工业大学机电工程学院，广州５０９；．１００２澳大利亚新南威尔士大ｔｅｒ，ｃｏａｒｓｅｅｍａｈｎｎａｅｎｇｉｉｇｎｒａｉｇｃｅｔｂｌｒｅｕｒｇａｐｉｔｎａｏｇｂｔｃｎｒｃｎａｓＭｉｂａｉｔｃｉｇｈｓｂｅａｎｃｅｓｃｐａｉｔｆｂｒｎｐｌａｉｍｎｒｙｒｖｊｉｎｉｎａｉｏｄｙｉｃｏ
优点，包括不产生任何机械应力；不改变零件尺寸；可获得光滑的棱边圆角Ｊ一。
道非常重要的工序，去毛刺技术的发展水平直接关
近年来，微磨料气射流去毛刺由于初始成本低、生产效率高、灵活性强、无应力、无热影响区获得了更为广泛的应用。作为一种精密加工技术，４在微磨料气射流加工中，微细磨料颗粒与高压气体混合，通过喷嘴喷出形成高速的磨料流对毛刺进行击打冲蚀，最终去除毛刺。与传统的空气喷砂加工相比，由于采用了微
细磨料、更小的喷嘴、连续送料装置，使加工过程更可控，精度更高。通过对影响磨料射流加工去毛刺的工艺参数的控制、优化，不仅可以去除毛刺，清除不均匀的凸起，还可以获得理想的棱边、过渡圆角半径及改善
ｔｅｎｎｔｄｔｎｌｅｕｒｇｍｅｈｄ，ｆｒｉｗｒｉｉａｏｔｎｉｈｐｏｕｔｉ，ｈｇｅｉｉｔｈｏ — ａｉｏａｄｂｒｉｔｏｓｏｓｌｅｔｌｓａｄｈｇｒｄｃｉｔｒｉｎｔｏｎｉｃｖｙｉｈｆｘｂｌｙ，ｗｔｏｈａａｇｎｅｓｌｉｉｎｅｔｍａｅａｄｌｓｈｄ
ｔｒｏｔｅｍａｈｎｎｒｃｓｒｎｒｄｃｄａｄｄｓｕｓｄｉｅａｌｏｅｈｒｗｉｈｒｓｏｃａｉｍｓａｄｅｇｕｉｏｔｃｉｉｇｐｏｅｓａｅｉｔｕｅｎｉｓｅｎｄｔｉ，ｔｇｔｅｔｔｅｅｉｎｍｅｈｎｓｎｄｅｑａｔｓｈｏｃｈｏｌｙ，ａｄｎ
１前言
毛刺是工件在制造过程中产生的多余部分，是机械加工中产生的普遍现象之一，毛刺直接影响被加工工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。去毛刺是
一
略微改变零件的尺寸，机械加工应力会产生薄的变质层。相比之下，一些非传统方法如微磨料气射流加工
（ＡＭ）放电加工和电化学加工去毛刺具有显著的ＭＪ、
文献标识码Ａ，中图分类号Ｔ６Ｈ１
Ｍｉｒｂａｉｔｃｉｉｇｆｒｐｅｉｏｏｏｅｔｆｓｉｇｃｏａｒｓｅｅｈｎｎｒｃｉｃｍｐｎｎｓｎｈｎｖｊｍａｏｓｎｉｉ
ＦｎＪｎｍ［ｇＷａｇＣｈｎｙｎＷａｇｄｎａｉｇｎｎｅｇｏｇｎｕ
ｓｍｅａｐｉａｉｎｅａｌｓｉｉｅｅｔｆｌｓａｅｐｅｅｔｄｏｐｌｔｘｍｐｅｎｄｆｒｎｅｄｒｒｓｎｅ．ｃｏｆｉ
Ｋｅｗｒｓｍｃｏａｒｓｅｅｍｃｉｉｇｒｃｉｎｃｍｏｅｔ；ｅｕｒｇｆｉｉｙｏｄｉｂａｉｔａｈｎｎ；ｐｅｉｏｏｐｎｎｓｄｂｒｎ；ｎｓｎｒｖｊｓｉｉｈｇ