某型機離心葉輪磨粒流拋光工藝試驗研究

黃鵬躍 王松

摘 要：整體式離心葉輪結(jié)構(gòu)復雜，流道窄小，采用傳統(tǒng)拋光工藝對葉輪進行拋光的難度極大，效率低下。文章針對某型機葉輪的拋光工序，依據(jù)磨粒流切削原理設計磨粒流試驗方案，描述試驗操作過程，分析試驗結(jié)果，得出試驗結(jié)論。

關鍵詞：離心葉輪；磨粒流；表面光度

某型機整體式離心葉輪葉片沿圓周均布，帶有型腔及端齒結(jié)構(gòu)，流道窄小，采用傳統(tǒng)手工拋光工藝對葉輪進行拋光時，力度及方向不易控制，對鉗工操作技能要求較高，拋光難度大，效率低。磨粒流工藝主要應用于精加工精密零件，可以進行表面拋光、去除毛刺、去除重鑄層等[3][4]。磨粒流加工中磨料的化學性質(zhì)不活躍而且無腐蝕性，零件材料是通過磨削方式被去除，工件表面的切削力低，經(jīng)過研磨以后，表面基本不會留有應力。磨粒流去除材料非常干凈，工件表面有瑕疵的地方，不會留下其他的雜質(zhì)來填平，不同材質(zhì)的工件可以使用同一磨料來加工，從一個工件上去除的材料，不會黏附或者鑲嵌在其他的表面上。利用磨粒流工藝此種優(yōu)良特性，文章對葉輪磨粒流拋光工藝展開了試驗研究。

1 磨粒流工藝試驗方案

某機型葉輪拋光擬采用磨粒流拋光工藝，為提高工藝穩(wěn)定性，減少經(jīng)濟損失，需要在加工正式件前，利用磨粒流設備開展工藝試驗，確定合理的磨料、工裝、加工參數(shù)（溫度、壓力、循環(huán)次數(shù)等），并驗證加工效果。

1.1 磨料的選擇[1][2]

常用的磨粒類型主要包括：碳化硅（Silicon Carbide）- S）、氧化鋁 （Aluminium Oxide）-（A）、碳化硼 （Boron Carbide）-（B）、鉆石粉（Diamond Powder）-（D），磨粒的尺寸范圍從平均尺寸l 350μm到平均尺寸7μm，磨粒尺寸可參照美國商務部標準CS271-65，其中碳化硅磨粒堅硬、耐磨且經(jīng)濟，是最常用的磨粒。磨粒大小影響拋光的表面光潔度和邊緣半徑生成的大小。根據(jù)表面加工的要求和生成半徑的大小來選擇所使用磨粒的大小，在磨粒流加工中，通常根據(jù)流動磨料所經(jīng)過的通道大小、開始和最后表面精度、去除材質(zhì)數(shù)量及類型來選擇磨粒，在本試驗中，采用MF12/24S60/36S60/400S40。

1.2 磨料溫度、壓力及循環(huán)次數(shù)的選擇

1.2.1 磨料溫度

磨料溫度是磨粒流加工中一個非常重要的加工參數(shù)。典型的磨料溫度范圍為：拋光：25-400℃；一般去毛刺：30-450℃；精確邊緣生成：35-500℃；微孔：40-550℃。

1.2.2 磨料壓力

磨粒流加工過程中的壓力范圍由操作類型、工件的堅固性、磨料粘度、工件/夾具裝配的限流器等決定。堅固的工件、較大的公差和非常不通順的通道（孔）需要較大壓力。易碎易變形工件、較小公差和大通道壓力要求低。例如，去毛刺、倒圓角常用的壓力范圍是 7-35bar；精密邊緣輪廓線生成（邊角毛刺去除，尖角或者預倒角）常用壓力范圍是7-21bar；表面拋光常用壓力范圍是7-21bar。

1.2.3 循環(huán)次數(shù)

循環(huán)次數(shù)是指往復流過被加工表面的次數(shù)，次數(shù)過少則不能達到要求，循環(huán)次數(shù)過多則會浪費人力、物力，所以需選擇合適的循環(huán)次數(shù)。

1.3 試驗方案的確定

葉輪葉片型面復雜，流道窄小，測量葉片厚度極為不便，但是一般情況下磨粒流加工不會去除工件整體余量（即去除的余量可忽略不計），為降低試驗成本，本試驗采用貼片法來驗證磨粒流加工是否能夠去除余量。貼片法即是在葉輪的指定位置粘貼試片。在加工過程中，葉輪上粘貼試片的部位相當于被貼片保護起來，未經(jīng)過磨削，而貼片周圍的部位則經(jīng)過磨粒流磨削。若磨粒流加工能夠去除葉輪的整體余量，那么在去除貼片后，貼片處與其周圍部位將會產(chǎn)生一個高度差，通過測量這個高度差即可估算出磨粒流加工去除的余量。

2 磨粒流工藝試驗操作步驟

試驗操作步驟為：（1）洗滌；（2）測量；（3）貼片；（4）磨粒流；（5）洗滌；（6）測量。

（1） 洗滌。采用航空汽油（180#航空汽油）進行洗滌，去除表面臟污及異物，保證零件表面清潔，洗滌后用干燥的壓縮空氣吹干。（2） 測量。加工前測量指定區(qū)域的型面輪廓，以便與加工后的型面輪廓對比。（3）貼片。在零件表面指定區(qū)域上貼片。貼片使用0.02和0.05的塞尺剪成的小貼片，為保證貼片對磨粒流加工過程不產(chǎn)生影響，貼片應盡可能小。使用502膠粘貼，務必把貼片粘牢，以免加工過程中貼片在加工過程中脫落。（4）磨粒流。將零件裝入夾具，安置到機床，設定溫度、壓力及循環(huán)次數(shù)，完成磨粒流加工。（5）洗滌。用丙酮將零件表面的貼片洗去，再去除表面臟污及異物，洗滌后用干燥的壓縮空氣吹干。（6）測量。測量指定區(qū)域的型面輪廓，估算去除余量，記錄粗糙度。

3 磨粒流工藝試驗結(jié)果

選定參數(shù)按照操作步驟進行試驗，得出試驗結(jié)果如下：（1）加工后去除的余量。試件在完成磨粒流加工后，在型面儀上檢測。每次試驗后測得的輪廓線均無明顯跳動。（2）加工后可達到的表面粗糙度。試件在完成磨粒流加工后，在型面儀上檢測葉片表面粗糙度。由于葉輪型面復雜，用型面儀無法測量所有部位的粗糙度，此處只測量流道A、B、C的粗糙度，由于流道A、B、C粗糙度極為相近，取平均值近似為葉輪粗糙度的值，試驗結(jié)果如表1。

4 結(jié)束語

綜合試驗結(jié)果可得如下結(jié)論：（1）磨粒流拋光不影響葉輪的厚度尺寸，在上一道工序不必特地為磨粒流拋光流余量；（2）磨料流拋光可得到較高的表面光潔度，達到了預期效果；（3）材料去除量隨加工壓力及循環(huán)次數(shù)的增加而增加，在表面光潔度達到一定程度后有逐漸趨緩的趨勢。

雖然試驗達到了預期效果，但將磨粒流工藝應用推廣仍需開展深入研究，主要有以下幾方面：（1）磨料在不同形狀流道內(nèi)的磨削特性；（2）磨料的更換周期；（3）加工效果（材料去除量、表面粗糙度等）與各加工參數(shù)（溫度、壓力、循環(huán)次數(shù)等）的量化關系。

參考文獻

[1]Delta Towers 250D.機床操作說明書[Z].

[2]U039-POLISHING AND CALIBRATION USING THE EXTRUDE HONE PEOCESS.TM公司規(guī)范[Z].

[3]楊貴銘.磨粒流擠壓拋光技術研究應用[J].航空制造工程，1996.

[4]畢建忠，李繼亮.磨料流加工技術及應用[J].工程設計與應用研究，2001.

[5]湯勇，陳澄州，張發(fā)英.磨料流加工壓力特性對加工表面粗糙度的影響[J].華南理工大學學報，1997.