专利名称：一种用于铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光整加工的磨料流及其制造方法，尤其涉及用于铝合金车轮 光整加工的磨料流及其制造方法。
背景技术：
磨料流加工(Abrasive flow Machining简称AFM)技术是一种用于复杂曲面高 效、精密光整加工方法，它是以磨料流介质在压力作用下流过工件所需加工的表面，产生研 磨去除作用，并能够控制工件的材料去除率，以减少工件表面的波纹度和粗糙度，达到精密 加工的效果。AFM法常用于需要复杂工序手工精加工、圆角或外形不易加工的复杂曲面，以 及其他方法难以加工的部位。AFM法也可应用于振动加工等其它大批量光整加工不能满足 要求时的工件超精密加工。并且能有效得到去除电火花线切割加工或激光光束加工的变质 层和先前工序加工表面所残留的残余应力。而在铝合金车轮曲面光整加工中由于车轮曲面 往往是不规则的异型孔洞曲面，因此采用磨料流进行加工是最为合适的。但是使用磨料流 进行加工的情况下，最终的加工精度和加工效果不仅和加工工艺有关，而且和加工所用的 磨料流也有着非常密切的关系。尤其在加工工艺日趋于成熟的前提下，提高磨料流的加工 性能和品质能有效提高加工效率。
发明内容
本发明的目的是铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法，在粗加工时，利用 磨粒流的粘弹特性，在外部挤压力的作用下对工件产生周期性脉动压力和高频振动，来增 加磨粒流去除效率，达到高效加工的目的；在精加工阶段，改变磨粒流的初始剪切力、粘度 和磨粒流的激励方式，使磨粒流在工件的复杂局部区域产生次级流(环流)，使得磨粒的切 削作用具有随机性，消除加工的规则纹理，提高表面粗糙度并改善加工均勻性，从而达到高 效、超精密加工的目的。为达到所述效果，本发明一种用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组 成，各成分的重量百分比为聚氧化乙烯40 60% ；磨粒30 50%;硅油3 7%;NaOH :2 3%;其中所述磨粒由粒径范围在10 30μπι的SiC，和粒径范围在100 200 μ m的 Al2O3组成，其中SiC和Al2O3的重量比为1 3。对于Al2O3选较粗粒径可以在粗加工时，磨 粒流的流动性欠佳的情况下获得较高的材料去除率，选用较小的SiC粒径磨粒，有利于在 精加工时磨粒流流动性增强的情况下，较小的磨粒粒径有利于形成较好的磨粒流流动性， 进一步提高研磨效率和改善表面质量。优选的，本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各成分的重量百分比为聚氧化乙烯60%;磨粒；35%;硅油3%；NaOH 2% ；其中所述磨粒由粒径范围在10 30μπι的SiC，和粒径范围在100 200 μ m的 Al2O3组成，其中SiC和Al2O3的重量比为1 3。这样的结构提高了聚氧化乙烯含量，提高 了磨粒流的流动性，使磨粒流具有湍流减阻效应使得磨料流加工时流动阻力降低，从而达 到节能的目的。同时由于这个原因，可以减少硅油的含量，节约成本。优选的，本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各成分的重 量百分比为聚氧化乙烯40%;磨粒50%;硅油；NaOH 3% ；其中所述磨粒由粒径范围在10 30μπι的SiC，和粒径范围在100 200 μ m的 Al2O3I 3配比。这样的配比中磨粒含量高，抛磨的效果好，同时兼顾到了加工效率和加工 精度。进一步的一种生产用于铝合金车轮光整加工的磨料流的方法，包括依次实施的原 料混合，粗加工，精加工步骤，所述原料混合步骤为在25 35°的温度下在混合容器内预 先放入预计使用NaOH的总重量的一半，加入磨粒，然后添加聚氧化乙烯，在添加的同时进 行搅拌，同时在搅拌的位置添加硅油，整个搅拌过程持续至添加完预计的聚氧化乙烯后再 持续30分钟。优选的，所述磨粒流粗加工步骤是将初步混合后的磨料流在25 50°的温度下， 施加1 15MPa的压力，然后以每分钟30次的频率进行往复，期间取出部分磨料流进行PH 值分析，然后再继续添加NaOH，使得磨料流PH值达到7. 5，粗加工步骤的持续时间为5_10 分钟。持续时间为5-10分钟能保证在这个环境下磨料流中各个组分的分布均勻。少量NaOH 使得磨料流呈碱性，增加工作时对铝合金的腐蚀作用。整体工序中所采用的压力和温度均 有利于磨料流的迅速形成。优选的，在精加工步骤中，施加和粗加工相同的压力，然后以每分钟40-60次的频 率进行往复，提高磨粒流的温度到60 70°度，使得磨料流形成次级流。次级流是指在原 来的磨料流流动中产生流速不同的细微涡旋状的流动。这是由于搅拌速率不同以及温度不 同带来的有益效果。产生次级流后能通过单独流体内的流速差达到更为细腻的抛磨效果， 提高了加工效率而且不易产生磨损，尤其避免了过度抛光。由于采用了所述技术方案，铝合金车轮光整加工的磨料流中其锋利脆硬适合铝合 金的光整加工。添加硅油以增加光整加工时磨料流的润滑作用，以增加流动性。加入少量 的氢氧化钠使得磨料流呈碱性，增加对铝合金的腐蚀作用，以增加光整加工速度。在粗加工 时，利用磨粒流的粘弹特性，在外部挤压力的作用下对工件产生周期性脉动压力和高频振 动，来增加磨粒流去除效率，达到高效加工的目的；在精加工阶段，改变磨粒流的初始剪切力、粘度和磨粒流的激励方式，使磨粒流在工件的复杂局部区域产生次级流即环流，使得磨 粒的切削作用具有随机性，消除加工的规则纹理，提高表面粗糙度并改善加工均勻性，从而 达到高效、超精密加工的目的。
具体实施例方式实施方式1 本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各个成分重量百分 比为聚氧化乙烯60%;磨粒；35%;硅油3%；NaOH 2% ；其中所述磨粒由粒径范围在10 30μπι的SiC，和粒径范围在100 200 μ m的 Al2O3I 3配比。然后将配比好的各个成分依次混合，并经过粗加工，精加工步骤，所述原 料混合步骤为在35°的温度下在混合容器内预先放入预计使用NaOH的总重量的一半，加 入磨粒，然后添加聚氧化乙烯，在添加的同时进行搅拌，同时在搅拌的位置添加硅油，整个 搅拌过程持续至添加完预计的聚氧化乙烯后再持续30分钟。所述粗加工步骤是将初步混 合后的磨料流在30°的温度下，施加15MPa的压力，然后以每分钟30次的频率进行往复，期 间取出部分磨料流进行PH值分析，为准确起见可以多次提取磨料流进行PH值分析，根据测 试值选择再继续添加多少NaOH，最终使得磨料流PH值达到7. 5。粗加工步骤的持续时间为 10分钟，然后进入精加工步骤。在精加工步骤中，施加和粗加工相同的15Mpa的压力，然后 以每分钟40次的频率进行往复，提高磨粒流的温度到70度，使得磨料流形成次级流。这样的结构提高了聚氧化乙烯含量，提高了磨粒流的流动性，使磨粒流具有湍流 减阻效应使得磨料流加工时流动阻力降低，从而达到节能的目的。同时由于这个原因，可以 减少硅油的含量，节约成本。而且由于磨粒含量较低，因此选用大颗粒的磨粒。对于Al2O3 选较粗粒径可以在粗加工时获得较高的材料去除率。同时由于磨粒的颗粒较大，因此需要 高压处理，加工的时间也较长。通过这样的配比所产生的磨料流流动性好，磨粒大，打磨 的效率高，相对普通的磨粒流加工来说，现有技术中粒径在100 200 μ m范围内的磨粒 流用于铝合金车轮加工时，需要加工30分钟才能够使铝合金车轮被加工表面粗糙度达到 RaO. 1 μ m，而且铝合金车轮被加工表面具有一些相对有规律的纹路，影响外观。并且在达到 RaO. 1 μ m时继续加工，铝合金车轮表面粗糙度改善不太明显，容易导致过度的加工，影响面 型精度。而使用本发明所述的磨粒流加工，铝合金车轮表面粗糙度能够在较短的时间内，即 10-12分钟达到RaO. 1 μ m,且不存在有规律性的纹路，达到镜面效果，进一步的加工能很快 地获得理想的改善效果，继续加工15分钟后铝合金车轮表面粗糙度达到RaO. 05 μ m左右。实施方式2 优选的，本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流，由以下成分组成，各成分的重 量百分比为聚氧化乙烯40%;磨粒50%;
硅油7%；NaOH 3% ；其中所述磨粒由粒径范围在10 30μπι的SiC，和粒径范围在100 200 μ m的 Al2O3I 3配比。然后将配比好的各个成分依次混合，并经过粗加工，精加工步骤，所述原 料混合步骤为在25°的温度下在混合容器内预先放入预计使用NaOH的总重量的一半，加 入磨粒，然后添加聚氧化乙烯，在添加的同时进行搅拌，同时在搅拌的位置添加硅油，整个 搅拌过程持续至添加完预计的聚氧化乙烯后再持续30分钟。所述粗加工步骤是将初步混 合后的磨料流在25°的温度下，施加IMPa的压力，然后以每分钟30次的频率进行往复，期 间取出部分磨料流进行PH值分析，为准确起见可以多次提取磨料流进行PH值分析，根据测 试值选择再继续添加多少NaOH，最终使得磨料流PH值达到7. 5。粗加工步骤的持续时间为 5分钟，然后进入精加工步骤。在精加工步骤中，施加和粗加工相同的IMpa的压力，然后以 每分钟60次的频率进行往复，提高磨粒流的温度到60度，使得磨料流形成次级流。这样的配比中磨粒含量高，抛磨的效果好，但是需要采用大量的硅油润滑。同时所 选取的磨粒颗粒较小。这样对加工的条件要求小，可以在较低的温度环境以及较低的压力 下进行生产。加工时间短，最后的产物细腻。尤其是磨料流形成的次级流更为显著，使用这 样的配比时抛磨的效率低一些，但是精细度高，长时间抛磨也不会产生过度加工。相对普通 的磨粒流加工来说，现有技术中粒径在100 200 μ m范围内的磨粒流用于铝合金车轮加工 时，30分钟左右能够使铝合金车轮被加工表面粗糙度达到RaO. 1 μ m左右，但是铝合金车轮 被加工表面具有一些相对有规律的纹路，影响外观。并且在达到RaO. Iym时继续加工，铝 合金车轮表面粗糙度改善不太明显，容易导致过度的加工，影响面型精度。而使用该磨粒流 加工，铝合金车轮表面粗糙度能够在较短的时间内，通常在15分钟达到RaO. 1 μ m，且不存 在有规律性的纹路，达到镜面效果，进一步的加工能很快地获得理想的改善效果，在继续加 工20-30分钟铝合金车轮表面粗糙度达到RaO. 03 μ m左右。综上可见，采用了本发明用于铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法，提高 了加工效率，而且对铝合金车轮表面粗糙度的提升达到了一个数量级，起到了良好的效果。
权利要求
1.一种用于铝合金车轮光整加工的磨料流，其特征在于由以下成分组成， 各成分的重量百分比为聚氧化乙烯40 60% ； 磨粒30 50% ； 硅油3 7% ； NaOH :2 3% ；其中所述磨粒由粒径范围在10 30 μ m的SiC，和粒径范围在100 200 μ m的Al2O3 组成，其中SiC和Al2O3的重量比为1 3。
2.如权利要求1所述的用于铝合金车轮光整加工的磨料流，其特征在于由以下成分 组成，各成分的重量百分比为聚氧化乙烯60% ； 磨粒35% ； 硅油3% ； NaOH 2% ；其中所述磨粒由粒径范围在10 30 μ m的SiC，和粒径范围在100 200 μ m的Al2O3 组成，其中SiC和Al2O3的重量比为1 3。
3.如权利要求1所述的用于铝合金车轮光整加工的磨料流，其特征在于由以下成分 组成，各成分的重量百分比为聚氧化乙烯40% ； 磨粒50% ； 硅油7% ； NaOH 3% ；其中所述磨粒由粒径范围在10 30 μ m的SiC，和粒径范围在100 200 μ m的Al2O3 组成，其中SiC和Al2O3的重量比为1 3。
4.一种生产如权利要求1所述的用于铝合金车轮光整加工的磨料流的方法，其特征在 于包括依次实施的原料混合，粗加工，精加工步骤，所述原料混合步骤为在25 35°的温 度下在混合容器内预先放入预计使用NaOH的总重量的一半，加入磨粒，然后添加聚氧化乙 烯，在添加的同时进行搅拌，同时在搅拌的位置添加硅油，整个搅拌过程持续至添加完预计 的聚氧化乙烯后再持续30分钟。
5.如权利要求4所述的用于铝合金车轮光整加工的磨料流的方法，其特征在于所述 粗加工步骤是将初步混合后的磨料流在25 50°的温度下，施加1 15MPa的压力，然 后以每分钟30次的频率进行往复，期间取出部分磨料流进行PH值分析，然后再继续添加 NaOH，使得磨料流PH值达到7. 5，粗加工步骤的持续时间为5_10分钟。
6.如权利要求4所述的用于铝合金车轮光整加工的磨料流的方法，其特征在于在精 加工步骤中，施加和粗加工相同的压力，然后以每分钟40-60次的频率进行往复，提高磨粒 流的温度到60 70°，使得磨料流形成次级流。
全文摘要
本发明的目的是铝合金车轮光整加工的磨料流及其制造方法，在粗加工时，利用磨粒流的粘弹特性，在外部挤压力的作用下对工件产生周期性脉动压力和高频振动，来增加磨粒流去除效率，达到高效加工的目的；在精加工阶段，改变磨粒流的初始剪切力、粘度和磨粒流的激励方式，使磨粒流在工件的复杂局部区域产生次级流(环流)，使得磨粒的切削作用具有随机性，消除加工的规则纹理，提高表面粗糙度并改善加工均匀性，从而达到高效、超精密加工的目的。
文档编号C09K3/14GK102059593SQ20101029444
公开日2011年5月18日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者丁金福, 张克华, 张可, 徐洪, 梅广益, 王国峰, 闵力 申请人:浙江师范大学