【i专栏】确保航空航天和军用液压系统的精加工(表面处理工艺)方法(三)磨料流法(AFM)

科技   2024-08-26 06:01   浙江  



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视频先了解一下



磨料流加工(AFM)是一种抛光、倒圆角和去毛刺技术。


1、AFM - 用于表面增强、去毛刺和流量调节的研磨介质流


AFM(磨料流加工)的诞生是为了满足抛光流道的需求。一种加载有磨料颗粒的粘弹性、非牛顿介质在通道中来回推动。在压力下,磨料颗粒自然会被迫作用于外表面,这意味着更高的压力意味着更好的磨削效果。通道可以是自然通道(例如,阀块),也可以通过工装将零件封闭在夹具中(例如,叶轮)。阀块中的孔是自然几何形状,而对于开放式叶轮,夹具将在零件表面和夹具之间创建间隙。

该夹具的用途还在于处理一个或多个部件,并引导介质流向工作区域。 

除此之外,还有多个参数在起作用。对于夹具设计,您必须确定间隙尺寸、控制限制和磨削影响。关于介质本身,介质配方包括聚合物类型和粘度、磨料颗粒的性质(碳化铝、碳化硼和金刚石是最常见的)、磨料粒度以及混合物中磨料的密度。但这还不是全部;工艺参数、挤出的介质体积、介质流速、压力和介质温度范围都必须确定并加以控制。

 AFM很快就在挤出模具抛光、复杂的汽车进气和排气以及需要在最终流体流动方向上进行抛光的航空航天部件等领域找到了市场。 

液压技术在出现后迅速发展,起初是采用由特殊材料制成的闭式叶轮、阀体和阀块。如今,在液压系统中,尤其是在充满有机通道的增材制造(AM)部件中,AFM在提供其工艺优势方面表现出色。

【AI解释供参考】“有机通道”,在增材制造中,它可能指的是在制造过程中自然形成或有组织地设计出来的用于材料流动、散热、传导信号等功能的通道结构。

但这并非仅仅是表面改进。当沿着表面流动时,任何限制都会导致更强烈的磨削作用,因此方向的变化、边缘将成为介质的首选目标,实现去毛刺(高达 0.2 毫米或 0.08 英寸)和边缘倒圆角。AFM 工艺将清除边缘的毛刺,甚至是微毛刺,消除应力集中,并最终形成特定形状。一个很好的例子是将 AFM 用于涡轮盘叶片槽边缘倒圆角。另一个出色的应用是对钛制阀块中相交孔的去毛刺和倒圆角。

AFM 工艺提供了质量和生产力,超越了一些传统能力。

配套教学伺服系统视频见文末


2、AFM的变化


最常见的是双向流 AFM,其中一台机器包括两个相对的介质缸,驱动一定量的介质,将其推过处理零件的模具,并将其导向工作区域。 

单向流 AFM 中,介质在落到工作台之前持续沿同一方向通过部件,然后进入补充介质筒;这种配置适用于需要大量介质的应用,例如热流道模块或大型泵叶轮。

最后,MICROFLOW。如果您希望小孔获得 AFM 优势,MICROFLOW 是解决流量调节低至 40µm(1,575 微英寸)孔口的一种解决方案,远低于我们在航空航天领域所发现的情况。想想喷嘴、喷雾孔和任何经过流量校准的节流孔。MICROFLOW 能够在进行受控流量校准时对表面进行微去毛刺和抛光,而不会损坏几何形态。


3、AFM 工艺步骤


  1. 当需要时,组件被装入 AFM 夹具中,或者对于某些阀块,通过软管连接到介质系统。使用工装时,夹具的顶面关闭,同时机器对其进行夹紧。 

  2. 介质开始流动,填满了空的空间。

  3. 该过程的所有参数在 HMI 监控下运行。

  4. 表面和边缘经过抛光、倒圆和成型处理。

  5. 循环结束,机器松开,夹具打开。 

  6. 该部件(们)被卸载 

AFM 工艺的工作方法
  1. 采用化学性质不活跃、无腐蚀性柔性磨料,提升表面光洁度,改善边角状况。

  2. 磨料中的磨粒去除材料是以磨削形式进行,而非切削。

  3. 材料的去除速度取决于下列因素:

    • 磨料流率、磨料粘度、磨粒颗粒尺寸、磨料浓度、磨粒颗粒密度、磨粒颗粒硬度、工件硬度

  4. AFM 工艺通过控制磨料的流速和压力、磨料类型和用量、磨料温度以确定材料的去除量。

  5. 对于任何应用而言,AFM 工艺可以确定并监控每个零件的材料去除效率,以保证产品质量的稳定与可靠。

  6. 相同类型的磨料可以加工不同的金属材料。通常,同批次的磨料在转换加工不同金属材料时,不需要净化磨料。

4、AFM 的最佳应用


使用AFM,您可以决定处理哪些表面、通道以及需加工的部分。需要流道表面增强以提高流速的应用是很好的选择。需要流量标定的部件,例如空气、气体、油或任何其他流体,都是合适的应用。 

具有难以触及区域和复杂通道且无视线的部件通常倾向于AFM。AFM还可以处理由奇异、难以加工的材料制成的部件。


5、关于后处理的几句话



客户的主要问题,特别是关于用AFM处理阀块,是如何确保介质的完全去除。首先,我们在处理后进行吹塑操作,提供 99% 的介质去除率。然后会有一个清洗操作来完善这个过程。根据清洁度要求,它可以从简单的冲洗和清洁(通常就足够好)到高级清洁操作,包括满足严格要求时的超声波阶段,例如高纯度、半导体、医疗或注射应用。


6、磨料流加工的优点


表面光洁度均匀、难以到达的区域 、增强部件寿命 、工艺流程效率受到控制 、使用 AUTOFLOW 延长介质寿命并更好地控制磨削力、提高生产力、质量和可重复性。


7、AFM 案例研究:航空航天中的伺服阀衬套


先进的运动控制对于某些航空航天功能至关重要。自 1951 年引入伺服阀以来,它们已经得到了极大的改进,并在不断完善。

伺服阀必须具备高精度、可重复性和高频响应等关键特性。由于连接到挡板并与阀芯相连的反馈线,建立了闭环控制。虽然电子装置驱动系统,但液压提供了力。如此高质量的水平还需要一个阀芯/衬套组件,这不是薄弱点。这就是 AFM 发挥作用的地方,以确保衬套(套筒)的完美完成。在本文的前一部分,我们看到了阀芯如何从 TEM 去毛刺中受益。 

在AFM夹具中,通常会同时处理多个衬套,并且介质按照双向流动原理流动。由于衬套/套筒的相交孔是限制因素,它们将从介质切削冲击中受益最大,首先去除任何残留的微小毛刺,然后在每个孔的两侧生成良好的微小半径(尺寸直接取决于循环时间)。当介质也流经中心孔时,它将提供轻微的清洁效果,而不会影响公差。


8、结束语


该文章中描述的三项技术,即 ECM、TEM 和 AFM,极大地有利于液压系统制造。它们提高了精加工能力、质量、重复性和生产率,同时消除了人为因素在保证和确保部件所集成的系统功能的同时,能获得每个零件的最佳成本最重要的是,不必担心人为错误和对超级熟练工的寻找。 



查看往期


【i专栏】确保航空航天和军用液压系统的精加工(表面处理工艺)方法

(一)电化学加工(ECM)(点击查看)

(二)热能法(TEM)(点击查看)

(三)磨料流加工(AFM)


原文作者:Bruno Boutantin

编译整理:静液压





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