磨料流加工

机械加工方法

磨料流加工(Abrasive flow Machining简称AFM)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。AFM法在需要繁复手工精加工或形状复杂的工件，以及其他方法难以加工的部位是最好的可供选择的加工方法。AFM法也可应用于以滚筒、震动和其它大批量加工不够满意或加工时要受伤的工件。并且能有效得到去除放电加工或激光光束加工后再生的脱层和先前工序加工表面所残留的残余应力。

机床组成

一是磨料流加工机床,它给磨料施加压力。二是流体磨料,它由高分子材料和磨粒组成。这种高分子材料与金属不粘连而与磨粒粘结好,不挥发,起保证磨粒流动作用。磨粒可采用氧化铝、刚玉.碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石等。三是夹具,夹具使工件定位,并与工件待加工表面构成流体磨料通道,并起导引流体磨料流动作用。

制作工艺

由美国与萨诸塞州Dynetics公司开发的Dynaflow磨料流加工工艺(AFM)是一种强迫含磨料的介质在工件表面或孔中往复运动的金属精加工工艺, 它具有广泛的应用前景。

50年前, AFM当最先出现时, 它主要用于清除金属件中难于到达的内通道及相交部位的毛刺。它特别适用于加工难加工合金材料制成的结构复杂的航空元件。近年来, 它已被用于精加工流体动力元件中表面粗糙度要求达0.127µm的不能接近的内表面。

速度控制

AFM的基本原理：介质速度最大时, 磨光的能力也最大。这里, 夹具的结构起着重要作用, 它决定着介质速度在何处最大。夹具用于使工件定位和建立介质流动轨迹, 是精加工所选择部位而不触及相邻部位的关键所在。

每种工件都需要专用的夹具。某些带有可换镶嵌件的夹具能够精加工具有相似形状的不工件。虽然夹具是决定加工某种工件工作量最有影响的因素, 而其它因素, 如介质压力,介质流循环次数及介质成份也很重要。

Dynaflow AFM介质是饱含磨料的聚合物基复合物, 具有柔韧“ 锉刀” 作用。复合物的性能由介质粘度, 悬浮在聚合物基中的磨粒尺、类别和数量来确定。高粘度复合物为磨粒提供一种高弹性介质并在每次流动循环中使材料磨除率最大。这种复合物适用于有大内截面通道的零件加工。低粘度复合物流动性最好,可通过直径小到0.254mm的微孔。

介质基液是一种象橡胶的聚合物和象凝胶体的润滑稀释剂的掺和物。粘度由聚合物和稀释剂之比来确定。磨粒一般是碳化硅、刚玉或碳化硼。粒度规格可从粗的(筛)号到(筛)号, 且常常把两种或三种号的混合在一起。要磨光一个特别坚硬的表面, 如碳化钨模具, 应采拜10~15µm的金刚石粉末。

加工步骤

第一、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7～224 kg/cm2；

第二、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；

第三、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%。

最近几年，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。

电化学去毛刺

零件内通道相交处粗糙并带有毛刺一直是令人头痛的问题。电化学去毛刺是解决这些问题的好方法。这一技术是用成形工装，对工件的选定部位进行加工,接通电流的电解液在工件和工装之间通过，瞬间溶解毛刺，去毛刺的同时，在内通道相交处产生均匀、精确的倒圆边角。加工时间一般在10秒到30秒之间。大多数工件采用多个电极头工装，可以达到更高的工作效率。去除量取决于工件（正极）和工装（负极）之间电流量的大小。电极头通常设计成与工件表面相对称的形状。对金属材料制成的零件自动地、有选择地完成去毛刺作业。它可广泛用于气动、液压、工程机械、油嘴油泵、汽车、发动机等行业不同金属材质的泵体、阀体、连杆、柱塞针阀偶件等零件的去毛刺加工。

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