磨料射流拋光中各工藝參數(shù)對材料去除率及拋光區(qū)形貌的影響3

2.2　射流速度對拋光特性的影響保持入射角度為90°,入射距離為15mm,拋光液濃度為4%,加工時間為3min,試驗測得的射流速度與拋光特性如圖6所示。

試驗表明,在一定范圍內(nèi),射流速度與最大去除深度近似呈線性關系。即射流速度越大,拋光

液的能量越大,磨粒與工件的碰撞剪切作用增強,致使材料去除量增大。但存在速度極限值,即當射流速度低于某一值時,磨粒對工件的剪切作用力很小,不足以切除作用點的材料,此時無材料去除。同時,射流速度越大,碰撞剪切作用越強烈,拋光區(qū)的表面形貌越差,粗糙度值越大。經(jīng)測量分析,射流速度取20～ 25m/s為宜。

2.3　入射距離對拋光特性的影響

射流速度保持為25m/s,拋光液濃度為4%,入射角度為90°,加工時間為5min,試驗研究了入射距離對拋光區(qū)最大去除深度的影響,其結果如圖7所示。試驗表明,在一定距離以內(nèi),最大去除

深度基本不隨距離的變化而變化,當距離進一步增加時,最大去除深度呈先增大后減小的變化趨勢,其中55mm處是曲線的一個拐點。圖8所示為不同入射距離下的拋光區(qū)形狀。

根據(jù)射流力學理論,拋光液從噴嘴射出后,仍會保持一段穩(wěn)定的圓柱射流,在此距離內(nèi)射流不擴散,沒有能量損失,各處射流能量基本不變化而且此時射流能量足夠大,致使碰撞中產(chǎn)生了二次射流,即在最大去除深度環(huán)外還包圍著一個淺環(huán)。當噴射距離進一步增大時,出現(xiàn)了射流與周圍空氣介質(zhì)的摩擦卷吸現(xiàn)象,能量減損,射流束呈發(fā)散的趨勢。此時二次射流作用逐漸減弱,能量集中于初次射流,從而使得最大去除深度增大。當入射距離為55mm時,二次射流基本消失,此時射流邊緣速度減小,所有的能量都集中于初次射流,因此最大去除深度較存在二次射流時要增大。隨著入射距離的進一步增大,射流能量減小,并且隨著射流束的不斷發(fā)散,最大去除深度逐漸減小,直至最終失去去除能力。2.4　拋光液濃度與材料最大去除深度的關系在射流速度為25m/s,入射角度為90°,入射距離為15mm,工作時間為5min的條件下,測得的拋光液濃度與最大去除深度的關系曲線如圖9所示。

曲線表明,最大去除深度隨著拋光液濃度的增大而迅速增大。分析表明,隨著拋光液濃度的增大,射流中的磨粒增多,使得對工件的碰撞剪切的次數(shù)增多,從而增大了去除速率。當濃度高達一定數(shù)值后,射流中磨粒間的彼此碰撞幾率增大,導致部分磨粒的運動方向改變,更多的粒子直接以一定的傾斜角度射入工件表面,增大了剪切作用力,從而使得去除效率大大提高。通過激光波面干涉儀測量發(fā)現(xiàn),隨著濃度的增大,去除效率提高的同時,表面粗糙度也增大,因此要綜合去除效率與表面質(zhì)量來合理選取拋光液濃度,一般取4%～ 6%為最佳。

2.5　工作時間與材料最大去除深度的關系

  保持入射角度為90°,射流速度為25m/s,入射距離為15mm,拋光液濃度為6%,試驗測得作時間與最大去除深度的關系如圖10所示。其中,實線代表初次射流所產(chǎn)生的內(nèi)環(huán)的深度關系曲線,虛線代表二次射流所產(chǎn)生的外環(huán)的深度關系曲線?？梢钥闯鰞纱紊淞鞯淖畲笊疃染c時間基本呈線性關系,即材料去除量隨工作時間的增加而線性增加,這與傳統(tǒng)拋光技術中時間對材料去除量的影響一致。