磨粒流拋光又稱擠壓珩磨,是一種先進的拋光技術。它是由擠壓珩磨機藉助磨料,在一定的壓力下往複流動,對被加工零件的表面進行珩磨加工。
磨粒流拋光應用於各種金屬材料,各種形狀的工件內外表面光整加工。特別是對於那些複雜的異形孔道多孔相貫的交叉孔等特殊型腔及零件隱蔽部位的毛刺進行拋光倒圓,具有較其他方法無法比擬的優越性。
磨粒流拋光技術目前在國內軍工、汽車、紡織等行業中逐步得到推廣應用。加工對象如各種液壓元件拉絲模、注射模的表面拋光,齒輪、蝸杆蝸輪、內外花鍵的去毛刺,電火花和雷射加工後表面硬化層及微觀缺陷的去除等。被拋光的零件材料可以是金屬或非金屬。
紡織機械中-.些零部件由於常接觸各種纖維或織物,因而要求零件表面光潔,不允許鉤掛纖維。一般磨削加工後的零件表面較難滿足這一要求,這在相當程度上影響到纖維或織物的質量和產量。也是國產產品落後於進口設備的原因之一。
為了提高產品質量,紡織機械行業從上世紀九十年代初已逐步推廣磨粒流加工技術。對一些表面要求高的接觸纖維的零件進行磨粒流拋光加工,使表面粗糙度等級普遍提高。特別是對毛刺的清除效果是其他加工工藝達不到的。
二、磨粒流拋光加工原理
磨粒流拋光是利用含有一定數量磨料顆料的半流體(磨粒流體介質)對工件表面進行加工的一種新工藝。加工時,磨粒流體介質以一定的壓力和流量,往復通過被加工表面。磨料顆粒在壓力和流速的作用下,對金屬工件表面或稜邊進行擠壓或拋光、去除毛刺和倒圓角。工件的磨粒流拋光在專用的擠壓珩磨機上進行。擠壓珩磨機由床身、工作檯、活動橫梁、上下工作油缸和泵站等主要部分組成。工作檯上可以防止工件及夾具。活動橫梁的升降由兩個壓緊油缸帶動,當橫梁向下移動壓往工件或夾具時,上下工作油缸與夾具、工件變構成了一個封閉的加工區(如圖1)。
圖1磨粒流原理圖
1 ,6-磨料缸2,8-油缸3-活動橫梁4-工件5.磨粒流模具7-壓緊油缸
上下工作油缸中充滿了磨粒流體介質,當上缸中的活塞向下移動時,,磨粒流體介質受到上活塞的擠壓,穿過工件流到下缸。然後下缸中的活塞向上移動,磨粒流體介質受下活塞的擠壓,穿過工件流回到上缸。這樣往復穿過工件,可以根據需要進行若干次。含有磨料的流體介質在擠壓力的作用下,會產生「硬化」現象,形成一種類似油石的作用。流體介質磨料上的切削刃,在擠壓工件表面和稜邊部分時,對金屬表面產生切削作用。這樣就能拋光、衝擊掉工件表面的毛刺和不平度波峰,並將切削下來的金屬微屑,包容在磨粒流體介質中一起排走,使被加工面獲得較細的表面粗糙度。
三、磨粒流拋光的工藝參數
1.介質磨料
擠壓珩磨加工的關鍵是磨粒流體介質,是擠壓珩磨加工的「工具」。它是由磨料顆粒與一種粘彈性高分子聚合物均勻混合而成。類似油灰或橡皮泥狀,具有可塑性,還具有象橡膠- -樣的彈性,無毒無臭,不汙染環境。介質本身有很強的內聚力,易於清除回收。擠壓珩磨加工時,這種粘彈性的基體介質,攜帶著磨料顆粒一起往復循環通過被加工表面。根據工件材料和表面粗糙度要求的不同,磨粒流體介質中混合的磨料種類、粒度以及所含磨料的濃度有所不同。一般使用的磨料有氧化鋁、碳化硼、碳化矽和金剛石粉等。磨料粒度的選擇原則與磨削時砂輪粒度的選擇相近似。
磨料的粒度- -般採用20~500號,常用80~150號。粗磨料用於去除毛刺,細磨料用於拋光光整表面。在實際應用中,經常是幾種粒度的磨料混合使用。磨粒流體介質的粘度(稠度)應根據不同的加工對象進行調配。粘度較低(即較軟)的磨粒流體介質在受擠壓通過孔道時,介質在同一橫截面上各點的流速不同,在工件稜邊部分形成急劇的滑動摩擦作用,因此,這時去除毛刺和倒角的能力較好,而粘度較高(即較硬)的磨粒流體介質,由於其流動性不好,而形成一種受剪切的狀態。這樣,對孔壁有較強的滑動摩擦作用,這種介質作為拋光表面用較好。所以當加工孔徑較大的工件時, 需要使用粘度較大或流動性較差的磨粒流體介質,而加工小孔或長而彎曲的孔時,則需要使用粘度較小流動性較好的磨粒流體介質。因此,在調配磨粒流體介質時,可根據需要加入不同的添加劑,如增塑劑、減粘劑、潤滑劑等,以滿足不同材料,不同形狀的工件擠壓珩磨加工的要求。
磨粒流體介質在常溫下可以長時間保存而不硬化。調配好的磨粒流體介質的使用壽命一般為500-800h。使用一段時間後磨料逐漸鈍化而失去切削能力, 且基體介質中還包容了過量的金屬碎屑,當含量達到10%時,則應重新更換。
3.往復循環次數和時間
工件利用夾具裝在擠壓珩磨工具機上,上下油缸往復運動,擠壓磨粒流體介質強行通過工件表面。往復循環的次數及時間根據工件的形狀、孔徑、材料、粗糙度要求,可在工具機的計時器或計數器上選擇控制一次擠壓珩磨加工所需往復循環的時間或次數。一般工件上下擠壓的循環次數為三至五十次,一次加工循環的時間為幾十秒至十幾分鐘。
4.加工餘量
擠壓珩磨餘量根據工件表面預加工粗糙度而定,若工件表面的預加工粗糙度為Ra3.2~1.6 μm .時,則其單面的擠壓珩磨餘量約為0. 01~0.02mm。
當然要達到較細的表面粗糙度,可適當加大擠壓珩磨餘量,最細可達Ra0. 025 μm。
圖2
帶芯軸內孔磨料拋光模具1-上模2-螺釘3-芯軸4-工件5-下模
1.零件內孔磨粒流拋光夾具結構如圖2所示。
該零件是梳棉機上的通棉咀,內錐孔面需要拋光。考慮到錐孔.上下孔徑相差較大,我們在夾具中心位置安裝錐面芯軸,磨料上進口設計成環狀結構,使磨料均勻通過工件內孔面。同時有效地控制流道的截面種和流速,增強磨料和工件表面之間的摩擦力,提高拋光效率和質量。
圖3蝸輪磨粒流拋光模具
1-下模2-手柄3- 1件4螺釘5-上模6-定位銷
2.齒輪齒部毛刺的磨粒流拋光夾具設計時應注意將流道儘量靠近齒部,並使周邊流道大小一致,如圖3所示。蝸輪裝在定位銷上,並被封閉在夾具體內,通過磨粒流體介質的上下循環流動,拋磨掉蝸輪齒面上的毛刺。
3.短軸類零件的磨粒流拋光夾具可設計成豎裝結構,並保證零件在磨粒流壓力下不發生軸向竄動。
圖4
彎管內孔磨料拋光
1-磨料模具
2-工件
3-螺釘
圖4所示為彎曲銅管內孔磨粒流拋光夾具。此類夾具也適用於蝸杆的拋光,但夾具上要增加軸向擋圈限制蝸杆竄動,併合理設計流道,使磨粒流體介質均勻通過蝸杆齒面。
圖5分流道交 叉孔磨粒流模具
1-上模2-工件3-下模
4.交叉孔複雜型腔的磨粒流拋光夾具須考慮磨料分流結構,使磨粒流過各孔的流速儘量一致。若此類零件的交叉孔排列範圍較大,且擠壓珩磨機的能力不能滿足一次拋完時,可設計成分段磨粒流拋光夾具。
圖5為一大型複雜交叉內孔零件的磨粒流拋光夾具,上方設計有分流道,下方從零件的側向進出磨料。
5.多零件集中到一起的磨粒流拋光夾具,如圖6所示,它適用於批量較大的小型零件。一次裝夾,同時加工多個零件,可以大大提高生產效率。但是設計此類夾具時, 必須使夾具上下進料口處於擠壓珩磨機允許的範圍內,必要時可改變夾具中流道的方向。
圖6多件磨料拋光
1-工件2-下模
3-芯軸4-上模
五、設計磨粒流拋光夾具的幾項原則
1.磨粒流體介質在全部流道中受到的阻力應小於擠壓珩磨機的擠壓力。
2.磨料夾具進出口斷面尺寸應和被拋光零件內表面進出口斷面尺寸相對應。
3.磨粒流夾具設計應使磨粒流體介質在零件不同部位上的流速大體- -致。
4.磨粒流夾具要有較好的剛性、耐磨性和密封性,以保證在一定的壓力下夾具和零件不變形或損壞。