CN102059593B - 一种用于铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法，在粗加工时，利用磨粒流的粘弹特性，在外部挤压力的作用下对工件产生周期性脉动压力和高频振动，来增加磨粒流去除效率，达到高效加工的目的；在精加工阶段，改变磨粒流的初始剪切力、粘度和磨粒流的激励方式，使磨粒流在工件的复杂局部区域产生次级流(环流)，使得磨粒的切削作用具有随机性，消除加工的规则纹理，提高表面粗糙度并改善加工均匀性，从而达到高效、超精密加工的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光整加工的磨料流及其制造方法，尤其涉及用于铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法。
背景技术
磨料流加工(Abrasive flow Machining简称AFM)技术是一种用于复杂曲面高效、精密光整加工方法，它是以磨料流介质在压力作用下流过工件所需加工的表面，产生研磨去除作用，并能够控制工件的材料去除率，以减少工件表面的波纹度和粗糙度，达到精密加工的效果。AFM法常用于需要复杂工序手工精加工、圆角或外形不易加工的复杂曲面，以及其他方法难以加工的部位。AFM法也可应用于振动加工等其它大批量光整加工不能满足要求时的工件超精密加工。并且能有效得到去除电火花线切割加工或激光光束加工的变质层和先前工序加工表面所残留的残余应力。而在铝合金车轮曲面光整加工中由于车轮曲面往往是不规则的异型孔洞曲面，因此采用磨料流进行加工是最为合适的。但是使用磨料流进行加工的情况下，最终的加工精度和加工效果不仅和加工工艺有关，而且和加工所用的磨料流也有着非常密切的关系。尤其在加工工艺日趋于成熟的前提下，提高磨料流的加工性能和品质能有效提高加工效率。
发明内容
本发明的目的是铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法，在粗加工时，利用磨粒流的粘弹特性，在外部挤压力的作用下对工件产生周期性脉动压力和高频振动，来增加磨粒流去除效率，达到高效加工的目的；在精加工阶段，改变磨粒流的初始剪切力、粘度和磨粒流的激励方式，使磨粒流在工件的复杂局部区域产生次级流(环流)，使得磨粒的切削作用具有随机性，消除加工的规则纹理，提高表面粗糙度并改善加工均匀性，从而达到高效、超精密加工的目的。
为达到所述效果，本发明一种用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各成分的重量百分比为：
聚氧化乙烯：40～60％；
磨粒：30～50％；
硅油：3～7％；
NaOH：2～3％；
其中所述磨粒由粒径范围在10～30μm的SiC，和粒径范围在100～200μm的Al2O3组成，其中SiC和Al2O3的重量比为1∶3。对于Al2O3选较粗粒径可以在粗加工时，磨粒流的流动性欠佳的情况下获得较高的材料去除率，选用较小的SiC粒径磨粒，有利于在精加工时磨粒流流动性增强的情况下，较小的磨粒粒径有利于形成较好的磨粒流流动性，进一步提高研磨效率和改善表面质量。
优选的，本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各成分的重量百分比为
聚氧化乙烯：60％；
磨粒：35％；
硅油：3％；
NaOH：2％；
其中所述磨粒由粒径范围在10～30μm的SiC，和粒径范围在100～200μm的Al2O3组成，其中SiC和Al2O3的重量比为1∶3。这样的结构提高了聚氧化乙烯含量，提高了磨粒流的流动性，使磨粒流具有湍流减阻效应使得磨料流加工时流动阻力降低，从而达到节能的目的。同时由于这个原因，可以减少硅油的含量，节约成本。
优选的，本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各成分的重量百分比为：
聚氧化乙烯：40％；
磨粒：50％；
硅油：7％；
NaOH：3％；
其中所述磨粒由粒径范围在10～30μm的SiC，和粒径范围在100～200μm的Al2O31∶3配比。这样的配比中磨粒含量高，抛磨的效果好，同时兼顾到了加工效率和加工精度。
进一步的一种生产用于铝合金车轮光整加工的磨料流的方法，包括依次实施的原料混合，粗加工，精加工步骤，所述原料混合步骤为在25～35°的温度下在混合容器内预先放入预计使用NaOH的总重量的一半，加入磨粒，然后添加聚氧化乙烯，在添加的同时进行搅拌，同时在搅拌的位置添加硅油，整个搅拌过程持续至添加完预计的聚氧化乙烯后再持续30分钟。
优选的，所述磨粒流粗加工步骤是将初步混合后的磨料流在25～50°的温度下，施加1～15MPa的压力，然后以每分钟30次的频率进行往复，期间取出部分磨料流进行PH值分析，然后再继续添加NaOH，使得磨料流PH值达到7.5，粗加工步骤的持续时间为5-10分钟。持续时间为5-10分钟能保证在这个环境下磨料流中各个组分的分布均匀。少量NaOH使得磨料流呈碱性，增加工作时对铝合金的腐蚀作用。整体工序中所采用的压力和温度均有利于磨料流的迅速形成。
优选的，在精加工步骤中，施加和粗加工相同的压力，然后以每分钟40-60次的频率进行往复，提高磨粒流的温度到60～70°度，使得磨料流形成次级流。次级流是指在原来的磨料流流动中产生流速不同的细微涡旋状的流动。这是由于搅拌速率不同以及温度不同带来的有益效果。产生次级流后能通过单独流体内的流速差达到更为细腻的抛磨效果，提高了加工效率而且不易产生磨损，尤其避免了过度抛光。
由于采用了所述技术方案，铝合金车轮光整加工的磨料流中其锋利脆硬适合铝合金的光整加工。添加硅油以增加光整加工时磨料流的润滑作用，以增加流动性。加入少量的氢氧化钠使得磨料流呈碱性，增加对铝合金的腐蚀作用，以增加光整加工速度。在粗加工时，利用磨粒流的粘弹特性，在外部挤压力的作用下对工件产生周期性脉动压力和高频振动，来增加磨粒流去除效率，达到高效加工的目的；在精加工阶段，改变磨粒流的初始剪切力、粘度和磨粒流的激励方式，使磨粒流在工件的复杂局部区域产生次级流即环流，使得磨粒的切削作用具有随机性，消除加工的规则纹理，提高表面粗糙度并改善加工均匀性，从而达到高效、超精密加工的目的。
具体实施方式
实施方式1：
本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各个成分重量百分比为：
聚氧化乙烯：60％；
磨粒：35％；
硅油：3％；
NaOH：2％；
其中所述磨粒由粒径范围在10～30μm的SiC，和粒径范围在100～200μm的Al2O31∶3配比。然后将配比好的各个成分依次混合，并经过粗加工，精加工步骤，所述原料混合步骤为在35°的温度下在混合容器内预先放入预计使用NaOH的总重量的一半，加入磨粒，然后添加聚氧化乙烯，在添加的同时进行搅拌，同时在搅拌的位置添加硅油，整个搅拌过程持续至添加完预计的聚氧化乙烯后再持续30分钟。所述粗加工步骤是将初步混合后的磨料流在30°的温度下，施加15MPa的压力，然后以每分钟30次的频率进行往复，期间取出部分磨料流进行PH值分析，为准确起见可以多次提取磨料流进行PH值分析，根据测试值选择再继续添加多少NaOH，最终使得磨料流PH值达到7.5。粗加工步骤的持续时间为10分钟，然后进入精加工步骤。在精加工步骤中，施加和粗加工相同的15Mpa的压力，然后以每分钟40次的频率进行往复，提高磨粒流的温度到70度，使得磨料流形成次级流。
这样的结构提高了聚氧化乙烯含量，提高了磨粒流的流动性，使磨粒流具有湍流减阻效应使得磨料流加工时流动阻力降低，从而达到节能的目的。同时由于这个原因，可以减少硅油的含量，节约成本。而且由于磨粒含量较低，因此选用大颗粒的磨粒。对于Al2O3选较粗粒径可以在粗加工时获得较高的材料去除率。同时由于磨粒的颗粒较大，因此需要高压处理，加工的时间也较长。通过这样的配比所产生的磨料流流动性好，磨粒大，打磨的效率高，相对普通的磨粒流加工来说，现有技术中粒径在100～200μm范围内的磨粒流用于铝合金车轮加工时，需要加工30分钟才能够使铝合金车轮被加工表面粗糙度达到Ra0.1μm，而且铝合金车轮被加工表面具有一些相对有规律的纹路，影响外观。并且在达到Ra0.1μm时继续加工，铝合金车轮表面粗糙度改善不太明显，容易导致过度的加工，影响面型精度。而使用本发明所述的磨粒流加工，铝合金车轮表面粗糙度能够在较短的时间内，即10-12分钟达到Ra0.1μm，且不存在有规律性的纹路，达到镜面效果，进一步的加工能很快地获得理想的改善效果，继续加工15分钟后铝合金车轮表面粗糙度达到Ra0.05μm左右。
实施方式2：
优选的，本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各成分的重量百分比为：
聚氧化乙烯：40％；
磨粒：50％；
硅油：7％；
NaOH：3％；
其中所述磨粒由粒径范围在10～30μm的SiC，和粒径范围在100～200μm的Al2O31∶3配比。然后将配比好的各个成分依次混合，并经过粗加工，精加工步骤，所述原料混合步骤为在25°的温度下在混合容器内预先放入预计使用NaOH的总重量的一半，加入磨粒，然后添加聚氧化乙烯，在添加的同时进行搅拌，同时在搅拌的位置添加硅油，整个搅拌过程持续至添加完预计的聚氧化乙烯后再持续30分钟。所述粗加工步骤是将初步混合后的磨料流在25°的温度下，施加1MPa的压力，然后以每分钟30次的频率进行往复，期间取出部分磨料流进行PH值分析，为准确起见可以多次提取磨料流进行PH值分析，根据测试值选择再继续添加多少NaOH，最终使得磨料流PH值达到7.5。粗加工步骤的持续时间为5分钟，然后进入精加工步骤。在精加工步骤中，施加和粗加工相同的1Mpa的压力，然后以每分钟60次的频率进行往复，提高磨粒流的温度到60度，使得磨料流形成次级流。
这样的配比中磨粒含量高，抛磨的效果好，但是需要采用大量的硅油润滑。同时所选取的磨粒颗粒较小。这样对加工的条件要求小，可以在较低的温度环境以及较低的压力下进行生产。加工时间短，最后的产物细腻。尤其是磨料流形成的次级流更为显著，使用这样的配比时抛磨的效率低一些，但是精细度高，长时间抛磨也不会产生过度加工。相对普通的磨粒流加工来说，现有技术中粒径在100～200μm范围内的磨粒流用于铝合金车轮加工时，30分钟左右能够使铝合金车轮被加工表面粗糙度达到Ra0.1μm左右，但是铝合金车轮被加工表面具有一些相对有规律的纹路，影响外观。并且在达到Ra0.1μm时继续加工，铝合金车轮表面粗糙度改善不太明显，容易导致过度的加工，影响面型精度。而使用该磨粒流加工，铝合金车轮表面粗糙度能够在较短的时间内，通常在15分钟达到Ra0.1μm，且不存在有规律性的纹路，达到镜面效果，进一步的加工能很快地获得理想的改善效果，在继续加工20-30分钟铝合金车轮表面粗糙度达到Ra0.03μm左右。
综上可见，采用了本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法，提高了加工效率，而且对铝合金车轮表面粗糙度的提升达到了一个数量级，起到了良好的效果。
Claims (3)
1.一种生产用于铝合金车轮光整加工的磨料流的方法，由以下成分组成，各
成分的重量百分比为：
聚氧化乙烯：40～60％；
磨粒：30～50％；
硅油：3～7％；
NaOH：2～3％；
其中所述磨粒由粒径范围在10～30μm的SiC，和粒径范围在100～200μm的Al2O3组成，其中SiC和Al2O3的重量比为1∶3，其特征在于：包括依次实施的原料混合，粗加工，精加工步骤，所述原料混合步骤为在25～35°的温度下在混合容器内预先放入预计使用NaOH的总重量的一半，加入磨粒，然后添加聚氧化乙烯，在添加的同时进行搅拌，同时在搅拌的位置添加硅油，整个搅拌过程持续至添加完预计的聚氧化乙烯后再持续30分钟。
2.如权利要求1所述的用于铝合金车轮光整加工的磨料流的方法，其特征在于：所述粗加工步骤是将初步混合后的磨料流在25～50°的温度下，施加1～15MPa的压力，然后以每分钟30次的频率进行往复，期间取出部分磨料流进行PH值分析，然后再继续添加NaOH，使得磨料流PH值达到7.5，粗加工步骤的持续时间为5-10分钟。
3.如权利要求1所述的用于铝合金车轮光整加工的磨料流的方法，其特征在于：在精加工步骤中，施加和粗加工相同的压力，然后以每分钟40-60次的频率进行往复，提高磨粒流的温度到60～70°，使得磨料流形成次级流。
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