磨粒抛光

磨粒抛光

磨料流加工技术是一种最新的机械加工方法,它是以磨料介质(掺有磨粒的一种可流动的混合物)在压力下流过工件所需加工的表面,进行去毛刺、除飞边、磨圆角,以减少工件表面的波纹度和粗糙度,达到精密加工的光洁度。还有一种是利用一种具有粘弹性的流体磨料, 在一定压力作用下, 往复流过被加工表面, 达到抛光去毛刺的目的。其中,(流体磨料是一种具有粘弹性的高分子化合物载体与磨粒组成的混合物。流体磨料的粘弹性是进行磨料流加工的必要条件。

磨料流加工原理和方案：

精密零件制造中的最终精加工是一种劳动强度大而不易控制的过程, 它在全部制造成

本中所占的比重有时可高达15%。磨料流加工技术是一种能够保证精度、效率、经济的自动

化光整加工方法,是解决精密零件最终精加工的一种有效方法。它是以一定的压力强迫含磨

料的粘弹性物质（半流动状态的蠕变体或粘弹性体,称其为柔性磨料或粘弹性磨料通过被加

工表面,）利用其中磨粒的刮削作用去除工件表面微观不平材料而达到对工件表面光整加工

的目的。磨料流加工技术是国外20世纪70年代以来开始推广应用的一种先进的光整加工技术。宇航用的液压阀体孔道多,孔道相互交叉,台阶孔、交叉孔内的毛刺很难去除,柔性磨体

加工技术就是为解决宇航用液压阀体孔道内的毛刺去除问题从美国发展起来的。这项技术出

现后很快在液压、模具、航空、纺织机械、汽轮机、齿轮等机械行业中获得应用。

原理:在磨粒流加工过程中，夹具配合工件形成加工通道，两个相对的磨料缸使磨料在

这个通道中来挤动。磨料均匀而渐进地对通道表面或边角进行研磨，产生抛光、倒角作用。机床、磨料和夹具是磨粒流加工的三个要素：

①挤压研磨机床：其作用是固定工件和夹具，控制挤出压力。在一定的压力作用下，使磨

料研磨被加工表面，得到去毛刺、倒角的效果。机床压力范围从7～224kg/cm2；

②磨料：是由一种具有粘弹性、柔软性和切割性的半固态载体和一定量磨砂拌和而成。

不同载体的粘度、磨砂种类、磨粒大小，可以产生不同的效果。常用磨料类型有：碳化硅、立方氮化硼、氧化铝和金钢砂。砂粒尺寸在0.005～1.5mm。高粘度磨料可用于对零件的壁面和大通道进行均匀研磨；低粘度磨料用于对零部件边角倒圆和小通道进行研磨；

③夹具：使零件定位，并引导磨料到达被加工部位，堵住不需要加工的部位。

要顺利完成零件的磨粒流加工，得到最佳加工效果，影响因素很多，除设备以外，还包括磨

料的选择、挤压力的大小、循环次数、夹具的合理设计等。

优点:挤压研磨是对金属材料进行微量去除，对零件内腔交叉部位去毛刺并倒圆，达到

精细加工的目的。磨粒流加工具有精确性、稳定性和灵活性。广泛用于汽车业和各种生产制

造业。它最根本的优点是：可以通达零件复杂而难以进入的部位；抛光表面均匀、完整；批量零件的加工效果重复一致。这些加工特点使零件性能得到改善，寿命延长，同时减免繁杂

的手工劳动，大大降低劳动强度。如汽车进气管，手工抛光其内表面时，只能先切割开，抛光后再焊接起来。而用磨粒流加工方法，不需要切割打开就可以完成内表面抛光。除了作为

一种抛光手段，磨粒流工艺还可以对一些表面形状公差、质量要求极其严格的零件进行微量

磨削加工。

应用：磨料流加工适用于加工不同的零件和尺寸。小至0.2mm的小孔或1.5mm直径的齿轮，大至50mm直径的花键通道，甚至1.2m的透平叶轮。加工大型零件的机床可以装置回旋臂或输送轨道。

该工艺已广泛用于汽车零部件的精加工：进排气管、进气门、增压腔、喷油器、喷油嘴、气缸头、涡轮壳体和叶片、花键、齿轮、制动器等。如：粗糙的气缸头铸造件在专门的二工位磨粒流生产线上，每小时生产量可达到30件，粗糙度从Ra4μm或Ra5μm达到Ra0.4μm,可使废气排放量减少7%，发动机功率增加6%，行驶里程数增加5%。

近年来研制开发出的微孔磨粒流机床，在加工喷油嘴方面独树一帜。它根据挤出压力、磨料温度和粘度之间的关系，进行复杂的程序运算。加工过程中，当喷油嘴的设定流量到达时，加工即自动停止。加工时间在10秒左右，流量散差可控制在±1%。与此加工设备配套的还有流量测试仪以及高压清洗设备。这些设备可根据用户需要，提供单工位或多工位的。也可以是带机械手连接，包括加工、测量、清洗的全套系统。

模型建立

磨料流加工是利用压力作用下流动的磨料介质挤擦工件表面实现切削加工的, 挤擦过程极为重要, 直接影响到加工质量。如果磨料介质在工件中的流动过程能事先得知, 则加工质量就可以设法控制。为此根据磨料介质的流动过程来建立分析模型。

如前所述, 推料缸筒内的活塞上下运动一次, 磨料介质就在挤压作用下往复流过工件通道一个循环。因此磨料流加工类似于一种往复泵的强制输送系统, 磨料介质在泵的强制输送下连续流过工件通道。为便于分析, 我们截取工件通道内的一段磨料介质, 如图 3 所示。显然, 此时的磨料介质流动类似于一个固体塞的运动。在分析之前, 先对某些因素作一些简化和假设:

1 磨料介质具有连续介质特性, 它与工件通道表面紧密接触, 密度变化不计。摩擦系数在确定的表面上是常数。

2 磨料介质是假塑性流体, 因此流动是粘性不可压缩的等温定常非牛顿流

3 所研究的磨料介质为一圆柱体形状, 流动具有轴对称性。圆体塞内的流动可简化为一维层流流动。

4 压力

5 不计质量力包括重力和惯性力的影响, 不考虑弹性效应、边界效应。

工艺特点

磨粒流加工方法最大特点是它使用“强制流”原理产生加工作用。所以，在被加工表面上的材料去除、尺寸精度和表面粗糙度获得不是依靠精密机械运动那样传统方式来保证，而是依据强迫流的流度特性和流的成分来确定。

由于粘弹性强制流的作用原理，使磨料流能充满复杂型腔；在被加工表面上受力均匀；磨料在被加工表面上作用时处于弹性状态；使用细粒度磨料，对材料进行数量切除；在加工过程中，整个被加工表面自始自终受磨料作用；加工设备，机构运动简单，重复误差小。所以在加工设备保持高精度控制和可靠性条件下，它能提供最大工艺灵活性，它的优点是：

（1）能得到高的表面粗糙度；

（2）能获得较大材料去除量，接近磨削;

（3）运用流变特性和夹具设计作用，使精密尺寸差容易得到；

（4）生产效率很高，在保证同样公差条件下，可从原来几个小时手工工作量减少到几分钟；（5）被加工零件形状不受限制，对内表面加工不仅方便且经济性好。对外表面加工是困难些，但只要夹具设计得巧妙，任何型面均可加工。

（6）被加工零件大小不受限制（机床规格大小限制除外），从小到孔，大至 m盘形件均可