机械网--磨料水射流抛光技术的研究现状

1 引言 磨料水射流是自19世纪80年代迅速发展起来的1种新技术，和传统加工技术相比，它具有加工时无工具磨损、无热影响，反作用力小、加工柔性高等优点，目前已被广泛利用到多种加工行业，用于加工陶瓷、石英、复合材料等多种材料。磨料水射流抛光技术是在磨料水射流加工技术的基础上发展起来的集流体力学、表面技术于1体的1种新型精密加工技术。目前，国内外对它的研究还比较少，只有少数学者进行了探索性实验研究，还没有构成系统的研究成果。Hashish对磨料液体射流抛光金刚石薄膜的可行性进行了探索性实验，通过实验发现，利用600目的SiC磨料可以将金刚石薄膜从3μm抛光到1.3μm。Fahnle，Oliver W等人利用液体磨料射流抛光平板玻璃时，玻璃表面粗糙度从初始的475nm降落到5nm。Booij、 Silvia M.等人在磨料液体射流抛光玻璃进程中，通过调解主要工艺参数（如加工时间、磨料浓度、磨料尺寸和靶距等），发现材料去除速度有可能控制在1nm/min范围内。Booij、 Silvia M.和Fanle、Oliver W.等人通过实验发现，在磨料液体射流抛光进程中共有产权房对拆迁有影响吗，通过调解喷嘴的运动轨迹，可以得到面形精度为N10的平面。Messelink、 Wilhelmus A. C. M.利用实验验证了磨料液体射流可以对球面进行预抛光和抛光加工，其研究结果表明：在抛光进程中，材料去除速度取决于磨料的锋利程度及其动能的大小。杨乾华和刘继光等人通过实验研究，认为磨液射流对铁合金异型曲表面的磨削抛光是可行的，并得出了较为公道的抛光方案。2 磨料水射流抛光机理磨料水射流以1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1部分磨料水射流混合液，构成1层薄膜。露置在薄膜外的凸峰，会先遭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1进程通常被称为1级抛光（即粗抛光）。在此进程中，材料的去除量较大，需选用颗粒较大的磨料，其材料去除机理目前被认为与普通磨料水射流加工机理类似。在磨料水射流抛光进程中，磨料去除工件表面材料的机制主要有两种，1种是塑性变形机制引发的，磨料对工件表面的冲击使材料向两侧隆起，这类进程其实不会直接引发材料的切削进程，但在随后磨粒的作用下材料产生脱落而构成2次切屑。同时，磨粒也对工件表面如刨削1样有切削进程，这个进程可直接去除材料，构成1次切屑。另外1种是利用混有磨料粒子的抛光液对工件的碰撞冲击、剪切刻画作用来去除材料。粗抛光后，工件表面上只留下较小的凸峰，这时候候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1进程通常被称为2级抛光，即精抛光。在这1进程中，材料去除量很小，需选用细颗粒磨料。这1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，这时候候塑性活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。3 工艺参数对抛光效果的影响利用磨料水射流进行抛光加工时，加工质量遭到诸多因素的影响，例如：射流压力，射流喷嘴直径，靶距，倾角，砂喷管的直径、形状和长度，作用时间，磨粒的流量、大小、形状和硬度和被加工材料的性质等。（1）喷射压力太大时，材料去除量较大，抛光效果不理想；喷射压力太小，材料难以去除，达不到抛光效果。所以喷射压力应根据材料的性质和硬度来优化选取。（2）磨料粒度对抛光效果影响较大，磨料粒度越小，抛光质量越好，但抛光效率亦越低。（3）磨料硬度对抛光效果有明显影响。在普通的磨料水射流加工中，通常认为磨料的硬度要比工件硬度高，才能对工件进行加工。但在磨料水射流精抛光加工时，由于其不同的加工机理和对加工表面质量的高要求，磨料本身的变形量越大，即磨料硬度越小，抛光效果越好。（4）加工时间对抛光效果影响不明显，对材料去除量影响较大，加工时间越长，材料去除越多。（5）靶距对抛光效果的影响存在最优取值范围。靶距选择太小，如选在射流的初始段内进行抛光时，材料去除率高，但对工件的抛光作用较弱。靶距选择过大，如选在射流的消散段内进行抛光加工时，材料基本没有去除，1样抛光效果不好如何对付开发商的强拆。通常认为抛光时，靶距的选择应使射流在基本段抛光工件。（6）喷射倾角对抛光效果具有最好值关系。在磨料水射流抛光工件时，随着喷射倾角的减小，抛光效果越来越好，当减小到1定值时，抛光表面质量到达最优，喷射倾角进1步减小时，表面质量变化不大，但材料去除量会随着喷射倾角的减小越来越小。如果喷射倾角太小（如射流沿与工件表面平行的方向抛光工件），这时候候材料去除量太小或基本没有去除，抛光效果反而不理想。（7）砂喷管的直径、形状和长度影响磨料在射流束中的散布情况。抛光时，理想的磨料散布是磨料在射流束中均匀散布。（8）在相同的抛光条件下，材料硬度越高，表面粗糙度越低，材料去除量越小。4 目前磨料水射流抛光技术存在的主要问题。理想的磨料水射流抛光加工结果是材料去除量小，表面质量高。若想得到理想的抛光结果，需选用压力低、磨料尺寸小的磨料水射流，即微磨料水射流。但目前微磨料水射流的理论还不成熟，有以下主要问题有待解决：（1）微细磨料水射流的构成。普通的磨料水射流构成是利用文杜里效应引射，使磨料进入水射流的，但Miller发现，当射流直径小于300μm时，这类使磨料进入水射流的方式已不能利用。现在对微磨料水射流混合机理的研究还少见报道。（2）磨料团圆。当磨料颗粒为纳米级时，磨料的表面能很大，在磨料水射流构成进程中，磨料颗粒有团圆趋势。在磨料水射流精抛光加工时，需要用到纳米级的磨料，而对磨料水射流中纳米级磨料的分散问题目前还没有解决。（3）微细磨料加工时产生喷嘴梗塞。由于微细磨料水射流喷嘴尺寸较小，在射流开关的进程中，极易梗塞。有的学者利用阀控制磨料进入喷嘴的时间，但同时拆迁补偿不合理怎么投诉，阀的快速磨损破坏又成为1个新的问题。（4）由于对磨料水射流抛光技术的研究刚处于起步阶段，从实验到理论都还没有构成成熟的抛光工艺、理论。磨料水射流精抛光加工时，材料去除机理是微观去除机理，各种材料的微观去除机理至今还没有定论。（5）磨料水射流抛光加工（特别是精抛光加工时），选用的磨料尺寸很小，而喷嘴尺寸由于经济和技术的缘由，很难做到很小。这时候候，由于喷嘴尺寸与磨料尺寸比很大而引发的尺寸效应，其中的规律尚不清楚。综上所述，可以看出对磨料水射流抛光技术的研究还处于低级阶段，今后应从理论、实验两方面对磨料水射流抛光技术进行进1步深入研究。5 结语随着科学技术的进步，开发出越来越多的新型材料，对材料的加工精度要求也越来越高。磨料水射流加工技术作为1种新型的精密加工技术，其具有的独特优势，使其可以在各种难加工材料的加工中发挥作用，特别是微磨料水射流技术的发展，对磨料水射流抛光技术的研究和工艺的成熟将起到推动作用。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章