某型机离心叶轮磨粒流抛光工艺试验研究

黄鹏跃 王松

摘 要：整体式离心叶轮结构复杂，流道窄小，采用传统抛光工艺对叶轮进行抛光的难度极大，效率低下。文章针对某型机叶轮的抛光工序，依据磨粒流切削原理设计磨粒流试验方案，描述试验操作过程，分析试验结果，得出试验结论。

关键词：离心叶轮；磨粒流；表面光度

某型机整体式离心叶轮叶片沿圆周均布，带有型腔及端齿结构，流道窄小，采用传统手工抛光工艺对叶轮进行抛光时，力度及方向不易控制，对钳工操作技能要求较高，抛光难度大，效率低。磨粒流工艺主要应用于精加工精密零件，可以进行表面抛光、去除毛刺、去除重铸层等[3][4]。磨粒流加工中磨料的化学性质不活跃而且无腐蚀性，零件材料是通过磨削方式被去除，工件表面的切削力低，经过研磨以后，表面基本不会留有应力。磨粒流去除材料非常干净，工件表面有瑕疵的地方，不會留下其他的杂质来填平，不同材质的工件可以使用同一磨料来加工，从一个工件上去除的材料，不会黏附或者镶嵌在其他的表面上。利用磨粒流工艺此种优良特性，文章对叶轮磨粒流抛光工艺展开了试验研究。

1 磨粒流工艺试验方案

某机型叶轮抛光拟采用磨粒流抛光工艺，为提高工艺稳定性，减少经济损失，需要在加工正式件前，利用磨粒流设备开展工艺试验，确定合理的磨料、工装、加工参数（温度、压力、循环次数等），并验证加工效果。

1.1 磨料的选择[1][2]

常用的磨粒类型主要包括：碳化硅（Silicon Carbide）- S）、氧化铝 （Aluminium Oxide）-（A）、碳化硼 （Boron Carbide）-（B）、钻石粉（Diamond Powder）-（D），磨粒的尺寸范围从平均尺寸l 350μm到平均尺寸7μm，磨粒尺寸可参照美国商务部标准CS271-65，其中碳化硅磨粒坚硬、耐磨且经济，是最常用的磨粒。磨粒大小影响抛光的表面光洁度和边缘半径生成的大小。根据表面加工的要求和生成半径的大小来选择所使用磨粒的大小，在磨粒流加工中，通常根据流动磨料所经过的通道大小、开始和最后表面精度、去除材质数量及类型来选择磨粒，在本试验中，采用MF12/24S60/36S60/400S40。

1.2 磨料温度、压力及循环次数的选择

1.2.1 磨料温度

磨料温度是磨粒流加工中一个非常重要的加工参数。典型的磨料温度范围为：抛光：25-400℃；一般去毛刺：30-450℃；精确边缘生成：35-500℃；微孔：40-550℃。

1.2.2 磨料压力

磨粒流加工过程中的压力范围由操作类型、工件的坚固性、磨料粘度、工件/夹具装配的限流器等决定。坚固的工件、较大的公差和非常不通顺的通道（孔）需要较大压力。易碎易变形工件、较小公差和大通道压力要求低。例如，去毛刺、倒圆角常用的压力范围是 7-35bar；精密边缘轮廓线生成（边角毛刺去除，尖角或者预倒角）常用压力范围是7-21bar；表面抛光常用压力范围是7-21bar。

1.2.3 循环次数

循环次数是指往复流过被加工表面的次数，次数过少则不能达到要求，循环次数过多则会浪费人力、物力，所以需选择合适的循环次数。

1.3 试验方案的确定

叶轮叶片型面复杂，流道窄小，测量叶片厚度极为不便，但是一般情况下磨粒流加工不会去除工件整体余量（即去除的余量可忽略不计），为降低试验成本，本试验采用贴片法来验证磨粒流加工是否能够去除余量。贴片法即是在叶轮的指定位置粘贴试片。在加工过程中，叶轮上粘贴试片的部位相当于被贴片保护起来，未经过磨削，而贴片周围的部位则经过磨粒流磨削。若磨粒流加工能够去除叶轮的整体余量，那么在去除贴片后，贴片处与其周围部位将会产生一个高度差，通过测量这个高度差即可估算出磨粒流加工去除的余量。

2 磨粒流工艺试验操作步骤

试验操作步骤为：（1）洗涤；（2）测量；（3）贴片；（4）磨粒流；（5）洗涤；（6）测量。

（1） 洗涤。采用航空汽油（180#航空汽油）进行洗涤，去除表面脏污及异物，保证零件表面清洁，洗涤后用干燥的压缩空气吹干。（2） 测量。加工前测量指定区域的型面轮廓，以便与加工后的型面轮廓对比。（3）贴片。在零件表面指定区域上贴片。贴片使用0.02和0.05的塞尺剪成的小贴片，为保证贴片对磨粒流加工过程不产生影响，贴片应尽可能小。使用502胶粘贴，务必把贴片粘牢，以免加工过程中贴片在加工过程中脱落。（4）磨粒流。将零件装入夹具，安置到机床，设定温度、压力及循环次数，完成磨粒流加工。（5）洗涤。用丙酮将零件表面的贴片洗去，再去除表面脏污及异物，洗涤后用干燥的压缩空气吹干。（6）测量。测量指定区域的型面轮廓，估算去除余量，记录粗糙度。

3 磨粒流工艺试验结果

选定参数按照操作步骤进行试验，得出试验结果如下：（1）加工后去除的余量。试件在完成磨粒流加工后，在型面仪上检测。每次试验后测得的轮廓线均无明显跳动。（2）加工后可达到的表面粗糙度。试件在完成磨粒流加工后，在型面仪上检测叶片表面粗糙度。由于叶轮型面复杂，用型面仪无法测量所有部位的粗糙度，此处只测量流道A、B、C的粗糙度，由于流道A、B、C粗糙度极为相近，取平均值近似为叶轮粗糙度的值，试验结果如表1。

4 结束语

综合试验结果可得如下结论：（1）磨粒流抛光不影响叶轮的厚度尺寸，在上一道工序不必特地为磨粒流抛光流余量；（2）磨料流抛光可得到较高的表面光洁度，达到了预期效果；（3）材料去除量随加工压力及循环次数的增加而增加，在表面光洁度达到一定程度后有逐渐趋缓的趋势。

虽然试验达到了预期效果，但将磨粒流工艺应用推广仍需开展深入研究，主要有以下几方面：（1）磨料在不同形状流道内的磨削特性；（2）磨料的更换周期；（3）加工效果（材料去除量、表面粗糙度等）与各加工参数（温度、压力、循环次数等）的量化关系。

参考文献

[1]Delta Towers 250D.机床操作说明书[Z].

[2]U039-POLISHING AND CALIBRATION USING THE EXTRUDE HONE PEOCESS.TM公司规范[Z].

[3]杨贵铭.磨粒流挤压抛光技术研究应用[J].航空制造工程，1996.

[4]毕建忠，李继亮.磨料流加工技术及应用[J].工程设计与应用研究，2001.

[5]汤勇，陈澄州，张发英.磨料流加工压力特性对加工表面粗糙度的影响[J].华南理工大学学报，1997.