一种伺服阀阀芯喷嘴的磨粒流加工实验验证方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磨粒流加工技术领域，具体涉及一种伺服阀阀芯喷嘴的磨粒流加工实 验验证方法。
【背景技术】
[0002] 伺服阀阀芯喷嘴磨粒流加工机理与不同工况环境下的仿真实验研究，都从理论上 证明了磨粒流加工技术可以实现对被加工零件表面的光整加工，并通过颗粒对加工表面的 磨损特性能够使被加工表面的表面形貌趋向光滑平整。这些理论论述都是为了说明磨粒流 加工技术的磨削机理以及磨粒流加工的有效性。用来检测磨粒流光整加工的加工质量最直 接的方法是检测经过磨粒流磨削光整加工的零件表面粗糙度和表面形貌。为证明伺服阀阀 芯喷嘴磨粒流加工技术的有效性，本发明对伺服阀阀芯喷嘴零件进行磨粒流光整加工实 验，然后对零件进行表面质量检测，通过比较工件加工前后粗糙度和表面形貌的检测结果， 对加工方法的可行性和有效性进行验证。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种伺服阀阀芯喷嘴的磨粒流加工实验验证方法，以便更 好地实现磨粒流加工实验验证，改善使用效果。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0005] -种伺服阀阀芯喷嘴的磨粒流加工实验验证方法，利用磨粒流加工技术对伺服阀 阀芯喷嘴进行微小孔径通道内表面的抛光加工，实验结束后，为了对其通道内表面的检测， 首先需要将已加工工件线切割，零件清洗之后，然后采用相应的检测仪器检测工件内表面 的表面粗糙度以及表面形貌和工件的元素成分，具体包括以下方面及步骤：
[0006] (1)实验工件:主要验证磨粒流加工的有效可行性，需要采用各种检测手段来获得 喷嘴内表面的检测数据，观察其加工通道的内表面质量。因伺服阀阀芯喷嘴的内部通道狭 小细长，尤其是喷嘴小孔区域，所以实验加工结束后需要采用线切割机床进行零件的切割 剖面，然后才能将切割后的零件进行各种环境下的内表面检测;通过对局部放大图的分析 发现，加工前的喷嘴零件的内表面粗糙，不光滑，尤其是喷嘴小孔区域，加工后的喷嘴不论 是加工通道内还是喷嘴小孔区域其内表面有些改善。为了能更好的对比分析加工前后喷嘴 内表面的质量，本发明又采用了不同的检测手段对其加工内表面进行检测:使用高倍显微 镜对喷嘴小孔区域进行检测;使用NTl 100光栅表面粗糙度测量仪检测加工表面的表面粗糙 度;使用JOEL JXA-840电子探针显微分析仪检测加工表面的表面形貌以及对加工表面的成 分分析。
[0007] (2)高倍显微镜下的检测结果分析：
[0008] 采用Nikon SMZ 745T主要是针对伺服阀阀芯喷嘴小孔区域的表面测量，在不同的 放大倍数条件下观察伺服阀阀芯喷嘴加工前后小孔区域的成形样貌，通过观察对比小孔区 域的表面形貌以此判断磨粒流加工技术的加工效果。从未加工喷嘴小孔的样貌图可以看 出，喷嘴小孔区域位置凹凸不平;从已加工喷嘴小孔的样貌图可以看出，喷嘴小孔区域位置 光滑平整。通过对比分析喷嘴小孔区域加工前后的样貌图可以得知，磨粒流加工技术可以 改善小孔区域的毛刺现象，对其凹凸不平的表面进行光整加工，以此改善微小细孔的内表 面质量。在高倍显微镜下对喷嘴小孔区域的检测，只可以观察出喷嘴区域的大体样貌，还不 能准确的分析磨粒流加工技术的加工效果，尤其是在喷嘴通道内表面的加工效果，还需对 其进行进一步的检测。
[0009] (3)表面粗糙度的检测结果分析：
[0010] 本发明在经过线切割后的实验工件内表面选取3个试验点分别进行测量，利用 NTl 100光栅表面粗糙度测量仪随机安装的软件获得了工件加工表面粗糙度的二维、三维形 貌图以及相关数据。
[0011] 通过比较各试验点的检测结果发现:在第一个试验点处，零件内表面的初始粗糙 度数值为743.93nm，经过磨粒流抛光加工后其粗糙度数值变为571.64nm;在第二个试验点 处，零件内表面的初始粗糙度为823.07nm，经过磨粒流抛光加工后其粗糙度数值变为 735.24;在第三个试验点处，零件内表面的初始粗糙度数值为I. Ium，经过磨粒流抛光加工 后其粗糙度数值变为721 · 09nm〇
[0012] 从上述二维表面形貌图中喷嘴加工前后表面粗糙度数值的变化可知，经过磨粒流 加工技术抛光后的零件内表面的表面粗糙度数值变小;从三维表面形貌中看出未加工零件 表面的红色区域明显，红色区域表征的是此处表面粗糙度大，表面突起的峰值较大，加工之 后的零件表面红色区域减少，表明了被加工表面的材料经过磨粒流磨削将突起的表面材料 去除，所以其表面突起峰值减小。综上所述，经过磨粒流加工技术后，伺服阀阀芯喷嘴的加 工表面得到改善，其内表面光洁度变好，表面粗糙度数值满足零件使用的要求。
[0013] (4)表面形貌的检测结果分析：
[0014] (a)表面质量的验证分析：
[0015]采用日本电子株式会社生产的JXA-840仪器检测零件加工前后的表面形貌，在伺 服阀阀芯喷嘴的加工通道内选取4点位置，利用JXA-840仪器对加工表面微观形貌进行1000 倍、2000倍下观察。
[0016]通过观察在JXA-840仪器的1000倍放大倍数条件下的伺服阀阀芯喷嘴内表面的表 面形貌图，对比发现，经过抛光加工后的零件内表面形貌发生改变。未加工过的喷嘴零件的 内表面为传统加工状态下，喷嘴内表面粗糙、峰谷高低起伏、不平整，虽然其表面纹理不是 特别紊乱，但是表面带有深浅不一的划痕和一定数量的夹杂碎肩；经过磨粒流抛光磨削的 表面相貌，磨料介质以微磨削的方式实现了加工表面材料的去除，加工之后的内表面纹理 清晰、平缓而致密，原本存在的划痕消失不见，表面质量获得改善。综上所述，磨粒流加工技 术以磨料介质的微磨削方式实现了对加工表面的光整加工，获得了良好的表面粗糙度，喷 嘴内表面的表面质量获得改善。
[0017] (2)小孔区域的预测验证分析：
[0018] 颗粒对各加工区域的磨损量因模型尺寸和流场内连续相与离散相性质的影响而 不同，小孔区域的磨损量与其他部位的相比，磨损量较大，所以预测磨粒流加工技术在小孔 区域位置的加工效果比其他部位较好。通过对比发现，传统工艺对小孔区域的加工质量不 是特别好，这主要是因为小孔的尺寸太小，传统工艺无法对小孔进行精加工。经过磨粒流光 整加工后，不论是喷嘴主干通道内表面还是喷嘴小孔区域表面都有改善;通过对比主干通 道和小孔区域的表面形貌图显示阀芯喷嘴小孔部位的表面形貌比主干通道的光滑平整，这 是由于喷嘴部位与主干通道尺寸差异所导致的流场湍流和颗粒磨损率的不同，所以零件各 位置的磨粒流加工效果有所不同，与实验仿真分析中对小孔区域的加工预测是一致的。
[0019] 该发明的有益效果在于:本发明以伺服阀阀芯喷嘴为实验加工零件，对零件加工 前后的表面质量进行研究。本发明采用多种检测手段对零件内表面进行检测，分别采用高 倍显微镜、NTllOO光栅表面粗糙度以及JEOL JXA-840检测仪器，观察分析了加工前后的喷 嘴内表面各位置点的表面粗糙度和表面形貌，以此论证了磨粒流加工技术的有效性，磨料 介质的微磨损机理以及加工预测的论证。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实施例中所使用样品结构示意图。
[0021] 图2是本发明实施例中未加工喷嘴小孔的扫描电镜样貌图。
[0022] 图3是本发明实施例中已加工喷嘴小孔的扫描电镜样貌图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便更好的理解本发明。
[0024] 实施例
[0025]实验加工的仪器准备：
[0026] (1)磨粒流加工实验器材：
[0027]磨粒流加工装置主要包含了液压缸、动力系统、磨料缸、夹具、加工实验底座以及 其他的加工附件。其中，采用三相异步电动机的小型液压站为实验加工提供动力，磨料缸和 液压缸的直径为100mm，夹具是依据被加工工件的结构和尺寸大小而设定。
[0028] (2)线切割机床：
[0029]实验加工结束后，为了检测实验加工的内表面，在被加工工件检测之前，需要采用 线切割机床对被加工工件进行切割，实验采用型号为AQ550LDE高性能的电火花线切割机 床，其线切割机床的切割精度范围-〇. 〇〇2mm~+0.002mm，加工范围550*350*270。
[0030] (3)高倍显微镜：
[0031]采用Nikon SMZ745T显微镜，其总放大倍范围为3.35-300,可以通过改变其放大倍 数结合SUNJOY SH200视频检测系统对零件的各微小部位进行放大观察，观察其表面形貌。 [0032] (4)表面粗糙度检测仪器：
[0033]采用型号NTllOO光栅表面粗糙度测量仪对工件加工前后的通道内表面的表面粗 糙度进行检测，NTllOO光栅表面粗糙度测量仪可以通过对加工表面的测量呈现表面粗糙度 的三维测量图，测量范围从亚纳米级粗糙度到毫米级粗糙度，其检测快速，具有高分辨率和 高重复性，保证了对工件表面粗糙度测量的准确性。
[0034] (5)电子探针显微分析仪：
[0035]为更好观察加工前后的内面加工效果，当加工完成时还需要利用电子扫描电镜对 工件的加工表面进行检测观察。实验采用日本电子生产的JEOL JXA-840电子探针显微分析 仪，它可以用来检测材料的化学成分定性或定量分析以及组织形貌的检测。
[0036] 磨粒流加工的材料:是以伺服阀阀芯喷嘴为研究对象，在室温条件下，采用自行研 制的研磨液对喷嘴进行加工实验，研磨液载流体采用的是航空液压油，固体颗粒采用碳化 娃颗粒。
[0037] 工件要求：
[0038] 喷嘴是伺服阀阀芯前置级的重要零件，它可以和挡板结构构成可变节流孔，可以 实现对阀芯的位移控制。喷嘴是一种小型的精密回转体零件，外圆尺寸分为欽3. 5mm和 窃4. 5mm两种，内孔尺寸为_1. 5丽和窃2mm两种，射流小孔直径为翻，1-錢0, 7.mm,小孔的长度 为0.3-0.5mm，总长度为6-20mm，且喷嘴具有很高的尺寸精度、形位精度以及表面粗糙度。其 结构图如图1所示。
[0039] 喷嘴要求在一定的压力条件下，喷嘴小孔在70mm范围内的射流液流成柱状，无散 射、斜射、螺旋等缺陷，成对使用的喷嘴的小孔流量差值要控制在±2%以内。这决定了小孔 尺寸的一致性、孔内微小毛刺的去除、内孔粗糙度以及圆度等要满足很高的要求。
[0040]