负压空化吸流抛光工艺研究

【作者】 陈逢军； 王辉； 尹韶辉； 黄帅；

【机构】 湖南大学机械与运载工程学院；

【摘要】 微型金属模具抛光一直是精密加工领域的研究热点,其表面质量要求也越来越高。针对微型金属模具表面高质量抛光,磨粒水射流技术是一种经济且效果较好的手段。但是磨粒水射流中普遍存在的问题是磨料混合液均匀性难以控制、回收处理成本高、易造成污染、抛光后表面存在划伤和裂纹。空化效应及水射流技术的发展促进了空化水射流技术的形成,其应用也越来越广泛。研究了一种基于空化效应的负压吸流抛光新方法。用负压环境取代常压环境,利用负压产生的压差从微小喷嘴中吸出流体,通过空化效应产生微射流和冲击波对材料表面进行冲蚀去除,获得高精度微小表面。通过对抛光机理和抛光工艺的研究分析,解决微型金属模具抛光现阶段存在的问题,为发展和提高我国微型模具的精密制造提供理论支撑及方法指导。制作了加工装置,工件放置在工作腔的底部,并通过密封胶将两者相连,以形成密封环境。具有微型喷嘴的入流管的喷嘴端悬挂于工件正上方,另一端置入水池中。微型喷嘴的外侧为工作腔,通过吸流管与隔膜泵相连,工作腔内的水通过隔膜泵抽回到水池中,形成一个循环利用系统。当隔膜泵开始工作时,将封闭空间中的空气抽出,形成一个负压环境,从而与外界大气压强形成一个较高的压强差。压差产生的射流效应使得流体从微型喷嘴中以较高的速度的射出,冲击工件表面。同时,由于在封闭的负压环境中,当水冲微型喷嘴中射出时,会产生大量空化气泡,这些气泡随着流场流动的过程中,长大、压缩、溃灭,形成大量的高速微射流,从而进行材料去除,提高抛光效率。通过实验装置的设计和抛光工艺的研究,验证了此方法的可行性和稳定性,并对Cuh62和Al6061进行抛光,获得了表面质量较好的工件表面。研制了负压空化水射流抛光装置。进行装置性能验证性实验,通过高速摄像机拍摄了射流加工过程,针对不同时间点的射流情况分析了空化气泡的变化情况,并使用白光干涉仪测量了加工前后的工件表面粗糙度,证明了装置的稳定性和抛光方法的可行性。探究了不同加工工艺参数包括抛光时间、抛光距离负压空化吸流抛光实验的影响。经过4个小时抛光加工,Al 6061的表面粗糙度从185.8nm减少到155.4nm;Cu h62的表面粗糙度也从180.6nm减少到130.8nm。在负压空化吸流抛光中空化效应的去除作用十分明显。使用空化效应的抛光方法可作为一种增强材料去除和微表面绿色制造的可行方法。负压空化吸流抛光工艺能够在低压环境中实现较高的材料去除速率和较低的表面粗糙度。此外,空化吸流抛光也可能作为去除材料、改善表面性质、促进催化反应等的有效方法。更多还原