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某型機離心葉輪磨粒流拋光工藝試驗研究

2015-05-30 07:13:44黃鵬躍王松
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年15期

黃鵬躍 王松

摘 要:整體式離心葉輪結(jié)構(gòu)復(fù)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(shè)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(guān)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(shè)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(wù)部標(biāo)準(zhǔn)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(yù)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(fù)流過被加工表面的次數(shù),次數(shù)過少則不能達(dá)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(fù)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(dāng)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(yīng)盡可能小。使用502膠粘貼,務(wù)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(shè)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(dá)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(fù)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(dá)到了預(yù)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(dá)到一定程度后有逐漸趨緩的趨勢。

雖然試驗達(dá)到了預(yù)期效果,但將磨粒流工藝應(yīng)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(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[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].

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[4]畢建忠,李繼亮.磨料流加工技術(shù)及應(yīng)用[J].工程設(shè)計與應(yīng)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(xué)學(xué)報,1997.

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