基于磨粒流技术的阀块内孔道光整加工.docx

1序言

在液压、气动等机械系统中，为了达到精密的控制功能要求，具有微小孔道结构的零件被广泛应用，这些零件在加工时，对孔道内部的毛刺等多余物控制及孔道的表面质量都有较为严苛的要求。

磨粒流加工技术（AbrasiveFlowMachining，AFM）又称为挤压珩磨技术，起源于20世纪60年代，是一种区别于传统机械加工的光整加工方法。利用具有一定黏性的流动磨料介质，在一定压力作用下，通过引导流过工件的待加工表面，磨料对材料形成挤压并进行微量去除，可以达到去除毛刺飞边、孔口倒圆等加工效果，重要的是可以降低待加工表面的粗糙度值，实现光整加工目的。得益于塑性极强的磨料，这种加工技术几乎可以对任意形状的表面进行光整加工，尤其是针对难以加工的复杂内腔表面，能取得较好的光整加工效果，近年来这种技术在航空、航天、汽车和模具等行业得到了广泛应用。

2磨粒流加工原理及特点

用于磨粒流加工的设备比较简单，主要由机床基体、夹具组件、液压泵体和电气控制系统等组成。磨粒流加工原理如图1所示。不同于其他使用刚性刀具的加工方式，磨粒流加工是使用具有流动性的磨料来进行微量切削加工，相当于使用一个柔软的流体砂条作为刀具来进行加工，由于它具有极强的塑形能力，所以能适应各种复杂结构，比如相贯、交叉和直径变化等形式的内孔道的光整加工。

图1磨粒流加工原理

1—活塞2—工件3—夹具4—缸体

由于磨粒流加工方式的特殊性，所以相较其他加工方式，它具有一些不同的特点。

1）具有很强的加工兼容性。由于磨粒流加工使用具有流动性的磨料作为“刀具”，它可以根据所加工表面结构而改变自身的形状，尤其是对于一些复杂内腔和孔道，使用传统手段难以加工，但使用磨粒流技术便能使问题迎刃而解。采用不同种类的磨料，磨粒流几乎能加工所有的金属材料，也能加工陶瓷、硬塑料等，所以它的适用范围很广。

2）加工效果好，加工质量稳定可靠。因为磨料的可流动性，作用在加工表面各方向的切削力基本一致，所以磨粒流对所加工表面的切削均匀性可保持在被切削量的10%以内。加工效果取决于被加工表面的原始粗糙度及磨料的粒度，通常可使表面粗糙度值降低到原来的1/10左右。同时，由于磨粒流加工属于微量切削加工，因此不会破坏零件原有的形状精度。

3）加工效率高。磨粒流加工属于光整加工，材料去除量通常为0.01～0.1mm，对于φ10mm左右的孔道，加工1～5min便可取得较好效果，与手工作业相比，加工效率可提高60%以上。对于一些批量加工零件，可以设计专用的多工位夹具，同时加工多个工件，加工效率还可以进一步提高。另外，在精密零件大规模生产过程中，磨粒流加工技术还可以实现其抛光工序自动化，进一步提高加工效率。

3阀块内孔道磨粒流光整加工工艺方案

图2所示液压控制阀块的结构较复杂，内部具有多条相贯孔道。内孔道加工完成后，不同方向的孔道相交处会产生较大的毛刺、飞边等，如图3所示。这些阀块内孔道的毛刺清理及光整加工，原先是采取手工操作的方式，使用电磨夹持不同直径的金刚石磨头（见图4）伸入孔道内进行打磨，再配合内窥镜进行打磨效果的检查。这种加工方式效率较低，光整效果参差不齐，通常打磨一条孔道需要10～20min，清理一个阀块需要1～2h。较低的效率致使阀块内孔道光整加工成为后续工作顺利进行的瓶颈。同时，过长的加工时间还会导致操作人员的劳动强度增大。

图2液压控制阀块??

图3阀块内孔道中的毛刺及飞边

图4用于孔道清理的金刚石磨头

磨粒流技术用于阀块内孔道的光整加工，主要应考虑夹具的设计、磨料的选择、加工压力及时间等因素。

3.1夹具设计原则

作为磨粒流加工中比较关键的组成部分，夹具的作用首先是固定工件，使工件保持在正确的加工位置，根据工件结构形式和体积大小等，可将夹具设计为单件或者多件同时进行安装固定的形式。其次是引导磨料的流向，使磨料在需要研磨的部位形成磨粒流束，通过控制磨粒流的速度、压力等，最终实现加工区域加工质量的调控，达到最终的光整加工效果。因为磨粒流的磨料呈流动性，且需要在一定的压力下才可以正常工作，夹具作为磨粒流道的一部分，应该具有良好的密封性能，保证加工过程中磨料具有足够的工作压力。对于某些黏性较低而流动性较大的磨料来说，夹具的密封性对于零件的抛光效果是否稳定至关重要。

磨粒流加工过程中，为了得到稳定的磨粒流束，以达到稳定的加工效果，其夹具在设计时应遵循以下原则。

1）能够保证被加工工件在机床上的正确位置，并且使工件在机床上安装牢靠。

2）夹具设计有密封结构，且密封性能能够承受加工过程中的压力和温度变化。

3）夹具流道孔要与被加工工件孔道位置相匹配，避免过多的交错衔接，以减少不必要的压力损失。

4）因为在加工过程中，磨料同样要作用于夹具，所以夹具有必要使用耐磨性能较好的材料，同时，为了避免某些具有腐蚀性磨料的影响