磨料流加工

磨料流加工(Abrasive flow Machining簡稱AFM)技術是一種最新的機械加工方法，它是以磨料介質(摻有磨粒的一種可流動的混合物)在壓力下流過工件所需加工的表面，進行去毛刺、除飛邊、磨圓角，以減少工件表面的波紋度和粗糙度，達到精密加工的光潔度。AFM法在需要繁複手工精加工或形狀複雜的工件，以及其他方法難以加工的部位是最好的可供選擇的加工方法。AFM法也可套用於以滾筒、震動和其它大批量加工不夠滿意或加工時要受傷的工件。並且能有效得到去除放電加工或雷射光束加工後再生的脫層和先前工序加工表面所殘留的殘餘應力。

基本介紹

• 中文名：磨料流加工
• 外文名：Abrasive flow Machining
• 性質：機械加工方法
• 方法：磨料介質

工具機組成

一是磨料流加工工具機,它給磨料施加壓力。二是流體磨料,它由高分子材料和磨粒組成。這種高分子材料與金屬不粘連而與磨粒粘結好,不揮發,起保證磨粒流動作用。磨粒可採用氧化鋁、剛玉.碳化矽、碳化硼、立方氮化硼和金剛石等。三是夾具,夾具使工件定位,並與工件待加工表面構成流體磨料通道,並起導引流體磨料流動作用。

製作工藝

由美國與薩諸塞州Dynetics公司開發的Dynaflow磨料流加工工藝(AFM)是一種強迫含磨料的介質在工件表面或孔中往復運動的金屬精加工工藝, 它具有廣泛的套用前景。

50年前, AFM當最先出現時, 它主要用於清除金屬件中難於到達的內通道及相交部位的毛刺。它特別適用於加工難加工合金材料製成的結構複雜的航空元件。近年來, 它已被用於精加工流體動力元件中表面粗糙度要求達0.127µm的不能接近的內表面。

速度控制

AFM的基本原理：介質速度最大時, 磨光的能力也最大。這裡, 夾具的結構起著重要作用, 它決定著介質速度在何處最大。夾具用於使工件定位和建立介質流動軌跡, 是精加工所選擇部位而不觸及相鄰部位的關鍵所在。

每種工件都需要專用的夾具。某些帶有可換鑲嵌件的夾具能夠精加工具有相似形狀的不工件。雖然夾具是決定加工某種工件工作量最有影響的因素, 而其它因素, 如介質壓力,介質流循環次數及介質成份也很重要。

Dynaflow AFM介質是飽含磨料的聚合物基複合物, 具有柔韌“ 銼刀” 作用。複合物的性能由介質粘度, 懸浮在聚合物基中的磨粒尺、類別和數量來確定。高粘度複合物為磨粒提供一種高彈性介質並在每次流動循環中使材料磨除率最大。這種複合物適用於有大內截面通道的零件加工。低粘度複合物流動性最好,可通過直徑小到0.254mm的微孔。

介質基液是一種象橡膠的聚合物和象凝膠體的潤滑稀釋劑的摻和物。粘度由聚合物和稀釋劑之比來確定。磨粒一般是碳化矽、剛玉或碳化硼。粒度規格可從粗的(篩)號到(篩)號, 且常常把兩種或三種號的混合在一起。要磨光一個特別堅硬的表面, 如碳化鎢模具, 應采拜10~15µm的金剛石粉末。

加工步驟

第一、 擠壓研磨工具機

其作用是固定工件和夾具，控制擠出壓力。在一定的壓力作用下，使磨料研磨被加工表面，得到去毛刺、倒角的效果。工具機壓力範圍從7～224 kg/cm2；

第二 、磨料
　　

是由一種具有粘彈性、柔軟性和切割性的半固態載體和一定量磨砂拌和而成。不同載體的粘度、磨砂種類、磨粒大小，可以產生不同的效果。常用磨料類型有：碳化矽、立方氮化硼、氧化鋁和金鋼砂。砂粒尺寸在0.005～1.5mm。高粘度磨料可用於對零件的壁面和大通道進行均勻研磨；低粘度磨料用於對零部件邊角倒圓和小通道進行研磨；

第三、夾具

使零件定位，並引導磨料到達被加工部位，堵住不需要加工的部位。

要順利完成零件的磨粒流加工，得到最佳加工效果，影響因素很多，除設備以外，還包括磨料的選擇、擠壓力的大小、循環次數、夾具的合理設計等。

優點:擠壓研磨是對金屬材料進行微量去除，對零件內腔交叉部位去毛刺並倒圓，達到精細加工的目的。磨粒流加工具有精確性、穩定性和靈活性。廣泛用於汽車業和各種生產製造業。它最根本的優點是：可以通達零件複雜而難以進入的部位；拋光表面均勻、完整；批量零件的加工效果重複一致。這些加工特點使零件性能得到改善，壽命延長，同時減免繁雜的手工勞動，大大降低勞動強度。如汽車進氣管，手工拋光其內表面時，只能先切割開，拋光後再焊接起來。而用磨粒流加工方法，不需要切割打開就可以完成內表面拋光。除了作為一種拋光手段，磨粒流工藝還可以對一些表面形狀公差、質量要求極其嚴格的零件進行微量磨削加工。

套用：磨料流加工適用於加工不同的零件和尺寸。小至0.2mm的小孔或1.5mm直徑的齒輪，大至50mm直徑的花鍵通道，甚至1.2m的透平葉輪。加工大型零件的工具機可以裝置迴旋臂或輸送軌道。

該工藝已廣泛用於汽車零部件的精加工：進排氣管、進氣門、增壓腔、噴油器、噴油嘴、氣缸頭、渦輪殼體和葉片、花鍵、齒輪、制動器等。如：粗糙的氣缸頭鑄造件在專門的二工位磨粒流生產線上，每小時生產量可達到30件，粗糙度從Ra4μm或Ra5μm達到Ra0.4μm,可使廢氣排放量減少7%，發動機功率增加6%，行駛里程數增加5%。

最近幾年，研製開發出的微孔磨粒流工具機，在加工噴油嘴方面獨樹一幟。它根據擠出壓力、磨料溫度和粘度之間的關係，進行複雜的程式運算。加工過程中，當噴油嘴的設定流量到達時，加工即自動停止。加工時間在10秒左右，流量散差可控制在±1%。與此加工設備配套的還有流量測試儀以及高壓清洗設備。這些設備可根據用戶需要，提供單工位或多工位的。也可以是帶機械手連線，包括加工、測量、清洗的全套系統。

電化學去毛刺

零件內通道相交處粗糙並帶有毛刺一直是令人頭痛的問題。電化學去毛刺是解決這些問題的好方法。這一技術是用成形工裝，對工件的選定部位進行加工,接通電流的電解液在工件和工裝之間通過，瞬間溶解毛刺，去毛刺的同時，在內通道相交處產生均勻、精確的倒圓邊角。加工時間一般在10秒到30秒之間。大多數工件採用多個電極頭工裝，可以達到更高的工作效率。去除量取決於工件（正極）和工裝（負極）之間電流量的大小。電極頭通常設計成與工件表面相對稱的形狀。對金屬材料製成的零件自動地、有選擇地完成去毛刺作業。它可廣泛用於氣動、液壓、工程機械、油嘴油泵、汽車、發動機等行業不同金屬材質的泵體、閥體、連桿、柱塞針閥偶件等零件的去毛刺加工。