磨粒流加工过程材料切除及表面粗糙度分析
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｂｒａｓｉｖｅ ｆ ｌｏｗ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（Ａ ＦＭ）ｉｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ
ｅｆｆ ｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｉｍｓ ａｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｗｉｔ ｈ ｇｒｅａｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ａ ｎ ｄ ｉｎｔｅｇ ｒｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｂａ ｓ ｉｓ ｏｆ ｌｉｔｔ ｌｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａ １．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｓｔｒｆｉｃｉｅｎｔ ｔ ｈｅｏｒｅｔｉｃａ ｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔ ｈｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ａ ｎ ｄ ｑｕａ ｌｉｔｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｄｅａ ｌｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａ ｌ ａ ｎ ａ ｌｙｓｉｓ ａｂｒａｓｉｖｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｈｏｌｅｓ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｍｅｃｈａ ｎ ｉｓｍ，Ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａ ｎ ａ ｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａ ｌ ｒｅｍｏｖａ ｌ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｕｒｉｎｇ ａ ｂ ｒａ ｓｉｖｅ ｆ ｌｏｗ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａ ｌ ｄａｔｕｍ ａ ｎ ｄ ｅｘｐ ｅ ｒ ｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｖａｉｌａ ｂ ｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔ ｈｅｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔ ｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ｗｅｌ１．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａ ｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ＡＦＭ ｔｏ ｓｏｍｅ
ｅｘｔｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｂｒａｓｉｖｅ ｆｌｏｗ ｍ ａｃｈｉｎｉｎｇ，ｍａｔｅｒｉａｌ ｒｅｍ ｏｖａｌ，ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ
１ 引言 磨 粒 流加工技 术是 一种 用于 去毛 刺 、倒 角 、抛
光，对再铸层进行切除的非传统 、高效 、精密加工 方法 。该加工方法最先应用于航空零件 的精密加 工，由于其加工效率及加工质量的优越性 ，得到了 广泛的关注 ，并成功应用于纺织机械加工 、模具制 造 、汽车零配件加工、齿轮加工等行业『１Ｊ，并取得了满 意的加工效果 ，创造了很好的效益 。近些年 ，学者们 对磨粒流挤磨加工方法的研究方兴未艾 ，Ｊ．Ｋｅｎｄａ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａ ｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｔｏｎｇ ０３７０３６，Ｃｈｉｎａ）
等人对磨粒流加工方法进行了研究 ，将其运用于塑 料 齿 轮 的加 工 ，并 通 过 试 验 获 得 了工 艺 参 数 ［２１。 Ｒｏｂｅｒｔ Ｅ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ等学者使用磨粒流加工方法对异 型管道等进行 了加工 ，通过大量的试验验证了该加 工方法的优越性 ，并优选 了工艺参数【３１。太原理工 研究团队对磨粒流加工 的理论进行 了系统的研究 ， 该团队配制流体磨料和机床用于多种零件 的挤磨加 工 ，具有优 良的特性 ；Ｖ．Ｋ．Ｊａｉｎ等学者介绍 了 磨料辅助精密加工方法 的研究进展和磨粒流加工工
摘要 磨粒流挤磨ｎ ｒ－是一种 以不改变零件材料物理特性为前提 ，以获得极限的表 面粗糙度 和表面完整性为 目标的新型、高效 、精密加工方法 ，对于该方法ｎ－Ｙ－－效率及加工质量的评价 尚无 很好的理论依据 。针对孔的磨粒流挤磨ｎ－Ｙ－进行研 究，建立了ｎ－Ｙ－过程材料的切除模型和表面粗 糙度分析模型 ，并与文献 中的试验数据进行对比，发现二者在趋势上很相符。论文为磨粒流挤磨 加 工的评 价方 法提供 了一 定的理 论依 据。
来 稿 日期 ：２０１５－０８—２５ 作者简介 ：董家广（１９９０一），男，硕士研究生 ，主要研究方向为发动机设计与制造技 术。
艺参 数 优选 的方 法 。 磨粒流加工 技术虽然经过 了数十 年的研究发
展 ，但相关理论仍不成熟 ，加工工艺参数的获取对 于实验的依赖性还很强 ，磨粒流加工工艺参数的优 化依然 困难 ，并且依据不足。鉴于此 ，本文试 图通 过建 立 合适 的数 学模 型 ，分析 磨粒 流加 工过 程 中材 料 的切 除机 理 和表 面粗糙 度 的改善 情况 ，为磨 粒 流 加工的表面质量好坏及工艺参数的选择提供一定 的 理 论依 据 。 ２ 磨粒流加工机理
进 行 磨粒 流加 工 时 ，工 件通 过夹 具 固定 在上 下 两个磨 料 缸之 间 ，具有 流动 性 的黏 弹性 流体 磨料 在 一 定的压力挤压作用下，以一定流速被迫往复地流 过油道孑Ｌ壁面，壁面在磨粒 的微量切削作用下而被 抛光 ，在抛光过程 中产生的金属屑则包容在载体 中 排走 ，如 图 １所示 。该方法可以加工传统方法难以 加工 到 的复 杂 的结 构性 表 面 ，可 以同时对 多个 零 件 或表面进行加工 ，加工的表面完整性好 ，加工效率 高 ，并 且该 加工 方法 对材 料 的适应 性很 强 ，可 以加 工金属 、陶瓷 、塑料等材料ｌ１ｌ 。
关键词 ：磨粒流Ｊｊ￣－ｒ 材料切除 表面粗糙度
பைடு நூலகம்
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｍｏｖａｌ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｆｌｏｗ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｄｏｎｇ Ｊｉａｇｕａｎｇ’，Ｚｈａｎｇ Ｂｉｎ’，Ｙｉｎ Ｇｕｏｈｕａ２，Ｇｕｏ Ｊｕｓｈｏｕ
柴油机 设计 与 制造 Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆＤｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－０６１４．２０１６．Ｏ１．０１２
２０１６年第 １期 第 ２２卷（总第 １５４期）
磨粒 流加工过程材料切除及表 面粗糙度分析
董家 广 ，张斌 ，，尹 国华 ２，郭 巨寿 ２ （１．中北大学机械与动力工程 学院，太原 ０３００５１；２．北方通用动力集团有限公 司，大同 ０３７０３６）
ｅｆｆ ｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｉｍｓ ａｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｗｉｔ ｈ ｇｒｅａｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ａ ｎ ｄ ｉｎｔｅｇ ｒｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｂａ ｓ ｉｓ ｏｆ ｌｉｔｔ ｌｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａ １．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｓｔｒｆｉｃｉｅｎｔ ｔ ｈｅｏｒｅｔｉｃａ ｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔ ｈｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ａ ｎ ｄ ｑｕａ ｌｉｔｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｄｅａ ｌｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａ ｌ ａ ｎ ａ ｌｙｓｉｓ ａｂｒａｓｉｖｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｈｏｌｅｓ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｍｅｃｈａ ｎ ｉｓｍ，Ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａ ｎ ａ ｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａ ｌ ｒｅｍｏｖａ ｌ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｕｒｉｎｇ ａ ｂ ｒａ ｓｉｖｅ ｆ ｌｏｗ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａ ｌ ｄａｔｕｍ ａ ｎ ｄ ｅｘｐ ｅ ｒ ｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｖａｉｌａ ｂ ｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔ ｈｅｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔ ｈ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ｗｅｌ１．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａ ｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ＡＦＭ ｔｏ ｓｏｍｅ
ｅｘｔｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｂｒａｓｉｖｅ ｆｌｏｗ ｍ ａｃｈｉｎｉｎｇ，ｍａｔｅｒｉａｌ ｒｅｍ ｏｖａｌ，ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ
１ 引言 磨 粒 流加工技 术是 一种 用于 去毛 刺 、倒 角 、抛
光，对再铸层进行切除的非传统 、高效 、精密加工 方法 。该加工方法最先应用于航空零件 的精密加 工，由于其加工效率及加工质量的优越性 ，得到了 广泛的关注 ，并成功应用于纺织机械加工 、模具制 造 、汽车零配件加工、齿轮加工等行业『１Ｊ，并取得了满 意的加工效果 ，创造了很好的效益 。近些年 ，学者们 对磨粒流挤磨加工方法的研究方兴未艾 ，Ｊ．Ｋｅｎｄａ
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａ ｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｔｏｎｇ ０３７０３６，Ｃｈｉｎａ）
等人对磨粒流加工方法进行了研究 ，将其运用于塑 料 齿 轮 的加 工 ，并 通 过 试 验 获 得 了工 艺 参 数 ［２１。 Ｒｏｂｅｒｔ Ｅ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ等学者使用磨粒流加工方法对异 型管道等进行 了加工 ，通过大量的试验验证了该加 工方法的优越性 ，并优选 了工艺参数【３１。太原理工 研究团队对磨粒流加工 的理论进行 了系统的研究 ， 该团队配制流体磨料和机床用于多种零件 的挤磨加 工 ，具有优 良的特性 ；Ｖ．Ｋ．Ｊａｉｎ等学者介绍 了 磨料辅助精密加工方法 的研究进展和磨粒流加工工
摘要 磨粒流挤磨ｎ ｒ－是一种 以不改变零件材料物理特性为前提 ，以获得极限的表 面粗糙度 和表面完整性为 目标的新型、高效 、精密加工方法 ，对于该方法ｎ－Ｙ－－效率及加工质量的评价 尚无 很好的理论依据 。针对孔的磨粒流挤磨ｎ－Ｙ－进行研 究，建立了ｎ－Ｙ－过程材料的切除模型和表面粗 糙度分析模型 ，并与文献 中的试验数据进行对比，发现二者在趋势上很相符。论文为磨粒流挤磨 加 工的评 价方 法提供 了一 定的理 论依 据。
来 稿 日期 ：２０１５－０８—２５ 作者简介 ：董家广（１９９０一），男，硕士研究生 ，主要研究方向为发动机设计与制造技 术。
艺参 数 优选 的方 法 。 磨粒流加工 技术虽然经过 了数十 年的研究发
展 ，但相关理论仍不成熟 ，加工工艺参数的获取对 于实验的依赖性还很强 ，磨粒流加工工艺参数的优 化依然 困难 ，并且依据不足。鉴于此 ，本文试 图通 过建 立 合适 的数 学模 型 ，分析 磨粒 流加 工过 程 中材 料 的切 除机 理 和表 面粗糙 度 的改善 情况 ，为磨 粒 流 加工的表面质量好坏及工艺参数的选择提供一定 的 理 论依 据 。 ２ 磨粒流加工机理
进 行 磨粒 流加 工 时 ，工 件通 过夹 具 固定 在上 下 两个磨 料 缸之 间 ，具有 流动 性 的黏 弹性 流体 磨料 在 一 定的压力挤压作用下，以一定流速被迫往复地流 过油道孑Ｌ壁面，壁面在磨粒 的微量切削作用下而被 抛光 ，在抛光过程 中产生的金属屑则包容在载体 中 排走 ，如 图 １所示 。该方法可以加工传统方法难以 加工 到 的复 杂 的结 构性 表 面 ，可 以同时对 多个 零 件 或表面进行加工 ，加工的表面完整性好 ，加工效率 高 ，并 且该 加工 方法 对材 料 的适应 性很 强 ，可 以加 工金属 、陶瓷 、塑料等材料ｌ１ｌ 。
关键词 ：磨粒流Ｊｊ￣－ｒ 材料切除 表面粗糙度
பைடு நூலகம்
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｍｏｖａｌ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｆｌｏｗ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｄｏｎｇ Ｊｉａｇｕａｎｇ’，Ｚｈａｎｇ Ｂｉｎ’，Ｙｉｎ Ｇｕｏｈｕａ２，Ｇｕｏ Ｊｕｓｈｏｕ
柴油机 设计 与 制造 Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆＤｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－０６１４．２０１６．Ｏ１．０１２
２０１６年第 １期 第 ２２卷（总第 １５４期）
磨粒 流加工过程材料切除及表 面粗糙度分析
董家 广 ，张斌 ，，尹 国华 ２，郭 巨寿 ２ （１．中北大学机械与动力工程 学院，太原 ０３００５１；２．北方通用动力集团有限公 司，大同 ０３７０３６）