微磨料漿體射流加工工藝研究.pdf

1、微磨料漿體射流(Micro Abrasive Suspension Jet，簡(jiǎn)稱MASJ)加工技術(shù)是近年來(lái)剛剛提出的應(yīng)用于硬脆性材料微細(xì)加工的新思路與方法。它是預(yù)先按指定配方將細(xì)磨料、各種添加劑與水制成懸浮漿體，再增壓漿體并讓其通過(guò)微細(xì)噴嘴形成凝聚性更強(qiáng)(射流直徑可小于100 μm)、打擊力更強(qiáng)的非牛頓流體，高速?zèng)_擊作用于工件表面，借助于磨料粒子的高速碰撞剪切等多種作用去除材料的。 較之于傳統(tǒng)的微細(xì)加工技術(shù)，微磨料漿體射流加工技

2、術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它的加工工具是液體狀的，無(wú)熱影響區(qū)，尺寸精度易于控制；并且由于在加工過(guò)程中漿體不斷流動(dòng)，能保證工件溫度不變，不改變材料的力學(xué)和化學(xué)性能，同時(shí)能自動(dòng)清除加工下來(lái)的碎屑；射流直徑可小于100μm，且在同樣條件下的加工效率是磨料水射流的五倍多，因此特別適用于硬脆性材料的微細(xì)加工。 本文首先通過(guò)對(duì)微磨料漿體射流加工裝置的磨料罐、輔助裝置等進(jìn)行改進(jìn)，在一定程度上解決了微磨料漿體射流加工系統(tǒng)堵塞難題；其次提出了微磨料漿體射流加工

3、漿體的主要成分(SBN分散劑用量、聚丙烯酰胺種類、分子量、濃度及磨料種類)的選擇原則，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其對(duì)漿體性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，得出了各實(shí)驗(yàn)條件下優(yōu)化的“分配比”，確定了選料原則和主要參數(shù)取值區(qū)間；接著研究了噴嘴的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)射流凝聚性、噴嘴磨損的影響；最后研究了微磨料漿體射流加工時(shí)噴射壓力、噴射時(shí)間、噴射靶距、磨料濃度、走刀速度、走刀次數(shù)對(duì)鉆孔和切槽效果(工件加工后的顯微形狀、孔徑、孔深、材料去除質(zhì)量、頂部切口寬度、底部切口寬度、

4、切縫輪廓、切面)等的影響；并通過(guò)對(duì)鉆孔和切槽過(guò)程的在線觀察，分析了鉆孔和切槽時(shí)射流的流態(tài)與鉆孔孔型以及槽切口、切縫質(zhì)量的關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)部槽寬度0.4 mm的1.6 mm深槽加工和0.5 mm的微孔加工。 主要結(jié)論如下： 1.利用漩渦產(chǎn)生的原理對(duì)磨料罐進(jìn)行改進(jìn)，試驗(yàn)驗(yàn)證這可有效防止磨料沉淀和噴嘴堵塞。 2.提出針對(duì)四種磨料種類(石榴石、白剛玉、棕剛玉和碳化硼)在不同磨料濃度時(shí)的SBN分散劑最佳用量。 3

5、.提出配制溶解充分又不聚團(tuán)的適合微加工的聚丙烯酰胺漿糊的程序；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)適用于微磨料漿體射流加工的聚丙烯酰胺添加劑是500萬(wàn)分子量非離子型的聚丙烯酰胺；存在最佳的聚丙烯酰胺濃度，使?jié){體粘度合理，獲得大的孔深、去除質(zhì)量及較好孔型圓度； 4.磨料的種類對(duì)鉆孔效果有一定的影響，其中碳化硼加工效果最好，但白剛玉性價(jià)較高； 5.研究結(jié)果顯示：不同長(zhǎng)徑比的噴嘴，其凝聚性不同，存在最佳的長(zhǎng)徑比，使射流凝聚性最好；在漿體配方一樣的前提下，

6、不銹鋼針頭的管徑越小，噴射壓力越高，磨損越厲害。 6.微磨料漿體射流鉆孔加工時(shí)，噴射壓力、噴射時(shí)間的增大均會(huì)加大微磨料水射流加工去除質(zhì)量，噴射靶距反之。其中噴射時(shí)間的變化對(duì)孔深、材料去除量的影響最顯著；在本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)壓力升高到12MPa時(shí)，孔深增加緩慢，但孔徑增加加快；噴射靶距為5 mm時(shí)，射流發(fā)散厲害；存在一個(gè)最佳的磨料濃度值。 7.微磨料漿體射流切槽加工時(shí)，噴射壓力增大，有利于獲取大的切深和較好的切口；二次走刀比