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如图2.25所示，来自喷嘴的磨料颗粒在短距离内沿平行路径运动，然后磨料射流向外扩展，像一个狭窄的圆锥体。当Al2O3或SiC的锋利磨粒高速撞击易碎材料时，会产生微小的脆性断裂，小颗粒从中脱落。滞留的颗粒被空气或气体带走。材料去除率VRR由其中常数k给出。
图片2.25 AJM术语
n=冲击磨粒数量/单位面积
da=磨粒平均直径，mu;m
Ra=磨粒密度，kg/mm3
hw=工作材料的硬度值
n=磨粒速度，m/s
材料去除率、切割精度、表面粗糙度和喷嘴磨损受喷嘴的尺寸和距离、磨料的成分、强度、尺寸和形状、流速以及载气的成分、压力和速度的影响。材料去除率主要取决于磨料的流速和尺寸。粒径越大，去除率越高。在特定压力下，体积去除率随着磨料流速的增加而增加，达到最佳值，然后随着流量的进一步增加而减小。这是因为气体的质量及流量随着磨料流量的增加而减少，因此混合比的增加导致去除率的降低，因为可用于去除材料的能量减少。
典型的材料去除率为16.4 mm3/min时，切割玻璃最小。金属切削率从1.6到4.1mm3/min不等。对于较硬的陶瓷，切割速度比玻璃高50%。这个最小切割宽度可为0.13 mm。公差通常为plusmn;0.13 mm。使用良好的固定和运动控制，可达到plusmn;0.05 mm。生成的表面具有随机或无光纹理。表面粗糙度在0.2到1.5mu;m之间时，分别使用10和50mu;m颗粒可达到在深切削中存在锥度。喷嘴压力过高会导致去除率高，但喷嘴寿命缩短。表2.6总结了总体工艺特点。
表2.6 AJM工艺特点
2.3.4 应用
1.钻孔、切割槽、清洁硬表面、去毛刺、抛光和半径
2.需要无毛刺表面的小精密零件（如液压阀、飞机燃油系统和医疗器械）的十字孔、槽和螺纹去毛刺
3.在敏感、易碎、薄或难加工材料上加工复杂形状或孔
4.在不影响导体的情况下进行绝缘剥离和导线清洁
5.皮下注射针微去毛刺
6.磨砂玻璃和电路板、混合电路电阻的修整，电容器、硅和镓
7.去除薄膜并对不规则表面进行精细清洁，因为磨料流能够沿着轮廓流动。
2.3.5 AJM的优点和局限性
优点：
- 因为AJM是一种很酷的加工工艺，所以它最适合加工玻璃、石英、蓝宝石等易碎和热敏材料、陶瓷。
- 该工艺用于加工高温合金和耐火材料。
3.不与任何工件材料反应。
4.无需更换工具。
5.可加工尖角的复杂零件。
6.加工材料没有硬化。
7.线切割启动时，根据要求，无需初始孔即可开始操作。
8.材料利用率高。
9.可加工薄材料
局限性：
1.去除速度慢。
2.无法避免杂散切割（低精度为plusmn;0.1 mm）。
3.锥度效应可能发生，尤其是在金属中钻孔时。
4.磨料可能会在工作表面受阻。
5.应提供适当的除尘系统。
6.加工过程中不能加工软材料。
7.硅灰可能对健康有害。
8.应过滤普通车间空气以去除水分和油。
2.4磨料水射流加工
2.4.1介绍
WJM适用于切割塑料、食品、橡胶绝缘、汽车地毯和顶篷，以及大多数纺织品。更坚硬的材料例如玻璃、陶瓷、混凝土和坚硬的复合材料可以通过添加磨料水射流加工（awjm）过程中对水射流的磨料，这是1974年首次开发的金属表面处理之前的金属清洁。向喷水器中添加磨料增强材料去除率和生产切割速度介于51-460mm/min。通常，awjm切割速度是传统复合材料加工方法的10倍。郑等人（2002）声称磨料水射流是数百个，如果不是数千个，比纯水喷射的威力大几倍。
AWJM使用4.2bar的低压将大体积的水（70%）和磨料（30%）混合物加速到30 m/s的速度。通常使用粒径10至150微米的硅碳化物、刚玉和玻璃珠作为磨料材料（图2.26）。使用这种方法，通过磨料的侵蚀作用去除研磨后留在钢构件中的高度为0.35 mm、宽度为0.02 mm的毛刺，而水作为磨料载体，抑制其冲击作用。在表面上，将压缩空气引入喷水器，增强了去毛刺作用。
图2.26 AWJM原理
2.4.2加工系统
在AWJM中，水射流加速磨料颗粒，而不是水，以导致材料去除。纯净水射流形成后，使用图2.27所示的喷射或悬浮方法添加磨料。磨料的重要参数是材料的结构和硬度、力学性能、晶粒形状、晶粒尺寸和分布。
AWJM的基本加工系统包括以下要素：
1.供水
2.磨料漏斗和进料
3.增强器
4.滤波器
5.混合室
6.切割喷嘴
7.捕集器
图2.27 喷射和悬挂喷嘴
2.4.3加工能力
典型的工艺变量包括压力、喷嘴直径、支架距离、研磨类型、砂粒数和工件进给速度。安磨料水射流切割356.6 mm厚的混凝土板或76.6 mm厚的工具钢板，38 mm/min，单道。预期值为：这个产生的表面粗糙度范围在3.8至6.4微米之间，同时可获得plusmn;0.13 m m的公差。重复性为plusmn;0.04 mm，方正度为0.043 m m/m，直线度为0.05 m m/轴。铸造砂经常用于切割闸门和冒口。然而，石榴石，这种最常见的磨料，比沙子有效30%。
在玻璃加工过程中，切削速度达到16.4 mm3/min，是金属切削速度的4到6倍。表面粗糙度取决于工件材料、砂粒尺寸和磨料类型。去除率高的材料会产生较大的表面粗糙度。因此，用细晶粒来加工软金属，以获得与硬金属相同的粗糙度。在较小的晶粒尺寸下，表面粗糙度的降低与切削深度的减小和未变形的切屑横截面有关。此外，单位浆体体积颗粒数越大，落在单位表面积上的颗粒越多。
载体液的组成有水与防腐蚀添加剂具有大密度对于空气而言。这有助于提高晶粒的加速度，从而提高晶粒速度和金属去除率。此外，载液在充满空腔的表面上扩散，形成阻碍颗粒撞击的薄膜。凸起和表面不规则的顶部最先受到影响，表面质量得到改善。Kaczmarek（1976）表明，与喷气效果相比，使用水-空气喷射平均可以获得更高的粗糙度。在铬镍铁合金的高速WJM中，Hashish（1992）得出结论，在较高的进料速率和较低的泥浆流速下，粗糙度增加。
先进的水射流和自动焊接机现在可用于计算机从另一个系统加载计算机辅助设计（CAD）绘图。计算机决定操作的起点和终点以及顺序。然后，操作员输入材料类型和刀具偏移数据。计算机确定进料速度并进行切割。其他加工系统具有调制解调器和CAD/计算机辅助制造（CAM）功能，允许从CATIA、AutoCAD、IGES和DXF格式传输。计算机运行一个程序，在几秒钟内决定如何在从块或板上切割时最小化浪费（www.jetedge.com/）。
2.5 冷射流加工
2.5.1 介绍
WJM的主要缺点是射流与工件之间的能量传递效率低。这就产生了较低的切削速度，从而限制了水射流在较软材料加工中的应用。对于任何工程材料，都可以采用AWJM，但是AWJM的能效仍然很低。水和磨料的混合限制了可使用的最小喷射直径。
2.5.2 过程描述
在冰喷射加工（IJM）中，磨料被形成冰喷射的冰颗粒所取代。由于冰粒的硬度低于磨料的硬度，与AWJM相比，预计材料去除率较低。然而，成本降低和良好的环境影响使IJM变得更好。IJM用于食品、电子、医疗和航天工业不可能受到污染。
使用流冻结（lt;500mu;m）或向流中供应（gt;500mu;m）的冰颗粒来产生冰颗粒。在后一种情况下，由制冰机提供的冰块被送入研磨机。如图2.28所示，添加固体二氧化碳以防止碎冰融化。然后，碎冰通过加工喷嘴输送。在喷嘴之前，水也通过浸没在液氮中的线圈冷却。盖斯金等人（1995）在报告说，由于切削喷嘴中的积冰，加工特性有了实质性的改善（见表2.7）。
图2.28 IJM示意图，修改自Geskin等人（1995）
表2.7 在320兆帕压力、0.175毫米喷嘴的水射流（WJ）和冰射流（IJ）钻井对比
2.6磁性研磨加工
2.6.1 介绍
磁场辅助抛光是非常规过程，其中加工力由磁场控制。因此，通过在现有机床中加入必要的磁性抛光元件，可以在不需要昂贵、刚性、超精密、无振动和无误差机床的情况下实现精抛光。有两种类型的磁场辅助抛光：使用磁性研磨刷进行精加工的磁性研磨精加工（MAF），和使用磁性浮法抛光（磁性流体研磨），其使用的磁性流体是带有研磨剂的液体载体中的次域磁性颗粒的胶体分散。尽管MAF起源于40年代的美国，但大部分的发展都发生在前苏联和保加利亚。五六十年代后期。在八十年代，日本人跟随这项工作，对各种抛光应用进行了研究。
2.6.2 加工系统
图2.29 MAF示意图
图2.30 典型的磁性磨粒团粒
图2.29显示了MAF装置的示意图。一个圆柱形的工件被夹在主轴的夹头上，夹头提供旋转运动。工件可以是磁性（钢）或非磁性（陶瓷）材料；磁力线穿过工件。通过磁极相对于工件的摆动运动，在磁场中引入轴向振动运动。在工件和磁头之间引入了一种含铁磁性材料（磁性研磨团，图2.30）的细磨料混合物，其中精加工过程由磁场施加。通常，磁性磨料团块的尺寸为50至100微米，磨料的范围为1至10微米。使用非磁性工作材料，磁性研磨剂沿着磁力线在磁性N和S极之间以磁性方式相互连接，形成柔性磁性研磨刷。为了实现磨料的均匀循环，定期搅拌磁性磨料。福克斯等（1994）采用了以下MAF条件，进行表面和边缘抛光：
2.6.3 材料去除工艺
MAF使用磁性研磨刷进行操作，其中研磨颗粒与其携带的铁颗粒排列在一起，以灵活地符合工作表面的轮廓。磨料颗粒牢牢地固定在工作表面上，而短行程振荡运动是在轴向工件方向进行的。MAF刷接触并作用于形成表面不规则的表面突出元件。表面缺陷，如划痕、硬点、铺设线，去除工具痕迹，可以在20微米的有限深度内纠正形状误差，如锥度、环路和颤振痕迹。材料去除率和表面光洁度取决于工件圆周速度、磁通量密度、工作间隙、工件材料、磁性磨料团块的尺寸（包括所用磨料的类型）及其在团块中的粒度和体积分数。福克斯等（1994）得出的结论是，接地棒的平均表面光洁度Ra可以达到约10纳米。增加磁通密度可提高精加工速度。随着轴向振动振幅和频率的增加，去除率高，表面光洁度最佳。必须考虑轴向振动和转速，以获得会得到最好的表面处理和较高的去除率。Singh及其团队（2004年）建议采用高电压水平（11.5伏）、低工作间隙（1.25毫米）、高转速（180转/分）和大网目数来改善表面质量。
2.6.4 应用
2.6.4.1球和辊的抛光
传统的陶瓷球抛光，用于轴承应用，使用低抛光速度和金刚石磨料作为抛光介质。加工时间长，使用方便。昂贵的金刚石研磨剂导致高加工成本。金刚石磨料在高负荷下会产生深坑、划痕和微裂纹，因此加工成本高，缺乏加工系统的可靠性成为可能的限制。为了尽量减少表面损伤，需要温和的抛光条件，即低水平的控制力和研磨剂不会比工作材料更硬。
MAF的最新发展涉及使用磁场来支持抛光陶瓷球和轴承辊中的研磨泥浆（图2.31）。在诸如水或煤油这样的液体中，含有磨粒和极细的铁磁粒子的磁场，充满导环内的腔。陶瓷球位于漂移轴和浮球之间。
磨料颗粒、陶瓷球和浮球（由非磁性材料制成）由磁力悬浮。球预先设定在旋转驱动轴上，并通过机械磨损作用抛光。由于磨料颗粒施加的力非常小且可控，所以抛光作用非常好。该工艺经济，生产的表面几乎没有缺陷。
图2.31 球的磁性表面处理（Kalpakjian，1997）
图2.32 非磁性管的磁性表面处理
2.6.4.2内管表面修整
清洁的气体和液体管道系统需要有高度抛光的内表面，以防止污染物积聚。当管子很细时，很难生产以经济有效的方式使内表面光滑。电解抛光在控制工艺条件和处理电解液时成本高，且不污染环境，因此存在许多问题。图2.32显示了使用MAF对有色磁管进行内部抛光的二维示意图。管内的磁性研磨剂在磁场的作用下向精加工区汇聚，产生精加工所需的磁力。通过高速旋转管子，磁性研磨剂使内表面更光滑。图2.33显示了铁磁管表面处理的情况，由于其高磁导率，磁通量主要流入管内（而不是穿过管内）。在这种情况下，当管子旋转时，研磨剂几乎不会留在精加工区。盖斯金等人（1995）在不降低形状精度的情况下实现镜面抛光和去除毛刺。
图2.33 磁性管的磁性表面处理
2.6.4.3 MAF的其他应用程序。
如Khayry（2000）、Umehara、Hitomi（1997年）和Shimura（1995年）等人所述，该工艺可应用于许多其他领域。：
1。印刷电路板等精细部件的抛光
2。去除氧化层和保护涂层
3。齿轮和凸轮的倒棱和去毛刺
4。复杂形状的自动抛光
5。平面抛光
有关详细信息，请参阅以下Internet站点：
www.iijne
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