流动研磨实现复杂结构的灵活精加工

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流动研磨实现复杂结构的灵活精加工

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newmaker    来源：MM现代制造

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流动研磨工艺因其使用灵活性高、可重复性强和适用范围广等优势，在对难接触工件的外轮廓抛光、去毛刺和修整边角等方面具有极大的潜力。柏林生产技术中心（PTZ）把创新型精加工工艺的研究视为其加工技术领域的重点研究课题。

在工业领域中，加工设备在很多场合都取代了人工手动加工。但是，在处理复杂加工的场合，自动化工艺流程却会遇到了效率的极限。因此，用于铝制或塑料型材成型的精密刀具就只能依靠手工进行抛光。一般加工一把刀具需要1~2天的时间。通过采用流动研磨工艺，带有难接触空穴、内轮廓、孔和侧凹等特征的复杂工件可在数分钟之内精加工完成。此种精加工工艺被称为压力流动研磨或粘性介质往复研磨。

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流动研磨可以对复杂的工件进行精加工，与磨盘方式不同，
* N) f' }9 X8 n  e3 ^0 h; x5 z% T  }( F这种工艺把研磨颗粒植入到聚合塑料块中

聚合塑料刀具

与常规的磨削工艺相比，流动研磨的主要差异在于所采用的工具。与常用的磨盘不同，这里的做法是把研磨颗粒物植入到具有一定黏度的聚合塑料块中。研磨介质在一定的负荷速度下受到载荷，并开始缓慢流动。当受到快速的载荷时，这种介质还会具有一定的弹性，从而达到一种机械阻力，使研磨颗粒物产生刮削的效果。
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研磨介质在工件的加工表面上交替循环流动，通过剥离方式对材料进行磨削。设备下部的油缸灌满研磨介质，工件被夹持在两个高压油缸之间的聚酰胺装置上，由此形成一个全封闭的系统。夹持装置具有夹持工件和控制介质流动两个主要功能。在加工过程中，加热/冷却装置确保恒定的加工温度，维持一致的加工条件。下部活塞把研磨介质顶入到夹持装置里，并流经工件待加工的表面，再流入到上部油缸里。当达到上部顶端之后，这个流动过程则以相反的方向重复进行。
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流动研磨的历史

可调节的工艺参数除了包括工作压力、工作温度和加工时间。刀具的规格取决于载体材料的黏度、颗粒物大小和混合比例等因素。
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流动研磨工艺在20世纪60年代由美国两家公司研发，其最初使用在航空航天技术领域。特别是在阿波罗项目中，对高合金工件进行流动研磨加工。这种工艺替代了费时费力且难以重复的人工抛光和去毛刺加工（图1）。

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图1 流动研磨工艺能够替代可重复性差的人工抛光和去毛刺等加工

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* C+ [3 @2 o- J, `这种精加工工艺可以以很低的磨削量研磨工件表面，达到极好的表面质量和无损伤的边角，因此它被越来越多地运用在工具和模具的制造上。挤压类工具和挤压模具在工业生产中，必须在一定的时间间隔之后接受二次加工。研究结果表明，对挤压工具进行2min的加工可以彻底去除剩余材料，修整尖锐的边角，并把表面质量从Ra=2μm提高到Ra=0.2μm的水平。今天，流动研磨工艺同样可以被应用到精密仪器制造、汽车制造、模具制造和机械制造等行业，特别是应用于液压和气动部件的加工中。

5 l6 p9 [: T2 s" g: K) N表面质量拓展应用范围
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7 G# W  I/ l/ l; T/ \( u在实际加工中，技术工艺设计往往还需要漫长的前期试验阶段，并且也在很大程度上取决于专业人员的工作经验。因此，项目研究的一个更高的目标是如何掌握影响因素、流程和加工结果三者之间的功能性关系。此外，开发出合适的加工工艺和制定出相应的加工策略也是加工中的一个重点。由于这种加工工艺既适合于延展性材质，也适用于高硬度的材质，因此它具有适合加工硬金属和高强度陶瓷的特性（图2）。
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图2 借助于流动研磨可以对硬金属进行加工，通过对刀具边缘的研磨，
0 ?0 {# v+ m. a可以使刀具的使用寿命延长1～4倍

# f" q, o& a6 ]; `( Z借助于现代化的计算机和模拟技术，可以加快加工工艺的优化过程。长期的目标是加强对工艺的理解能力，尽量降低试验的时间和成本，降低研发费用，并确定出工艺流程的界限。例如，对工件任意几何外形的切削状态只能通过数字技术途径加以解决。为此，人们研发出了技术工艺数据库，从中可以查看诸如工件上的局部流动研磨速度与切削结果之间的关系问题。由于采用了用户端系统，通过进行CFD模拟（计算流体动力模拟）即可测定出局部的流速，借助于工艺数据即可预先演示出可能的加工结果。
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在工业领域的应用中，由于经常需要更换加工工件，研磨介质所受到的载荷也各不相同，因此依据现有的知识，还很难预知其使用寿命。在这方面，数字模拟可以成为一种合适的评价工具。通过对载荷状态下的损伤累计，可以得出研磨介质的磨损状况和剩余的使用寿命。

8 U4 x" ~" O$ E" ?% {1 y通过提高切削刀具的使用寿命，可以显著缩短主要加工时间。研究结果表明，通过采取特定的边缘修整措施，刀具的使用寿命最多可提高4倍。但是，高硬度的切削材质只能通过采用高硬度的研磨材料进行加工。一项旨在通过金刚石颗粒的流动研磨来改善主刀刃微观几何外形的可行性研究刚刚启动，但是由于这项技术的灵活性很高，因此只可以表明它在延长刀具的使用寿命上具有很大的潜力。此外，切削刀具经常需要接受涂层处理。但是，有一件事情至今尚不清楚，即流动研磨究竟以何种方式通过修整特定的刀具边缘和配备匀质的基底表面，使得表面涂层与基底完全融合成为一体。在这方面，人们也有理由相信刀具能够达到更长的使用寿命。(end)