1引言
　　
　　磨料水射流是自19世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的一種新技術(shù)，和傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，它具有加工時(shí)無工具磨損、無熱影響，反作用力小、加工柔性高等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用到多種加工行業(yè)，用于加工陶瓷、石英、復(fù)合材料等多種材料。
　　
　　磨料水射流拋光技術(shù)是在磨料水射流加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的集流體力學(xué)、表面技術(shù)于一體的一種新型精密加工技術(shù)。目前，國內(nèi)外對于它的研究還比較少，只有少數(shù)學(xué)者進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)研究，尚未形成系統(tǒng)的研究成果。
　　
　　Hashish對于磨料液體射流拋光金剛石薄膜的可行性進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用600目的SiC磨料可以將金剛石薄膜從3μm拋光到1.3μm。Fahnle，OliverW等人利用液體磨料射流拋光平板玻璃時(shí)，玻璃表面粗糙度從初始的475nm降低到5nm。Booij、SilviaM.等人在磨料液體射流拋光玻璃過程中，通過調(diào)整主要工藝參數(shù)(如加工時(shí)間、磨料濃度、磨料尺寸和靶距等)，發(fā)現(xiàn)材料去除速度有可能控制在1nm/min范圍內(nèi)。Booij、SilviaM.和 Fanle、OliverW.等人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在磨料液體射流拋光過程中，通過調(diào)整噴嘴的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以得到面形精度為N10的平面。Messelink、WilhelmusA.C.M.利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了磨料液體射流可以對球面進(jìn)行預(yù)拋光和拋光加工，其研究結(jié)果表明：在拋光過程中，材料去除速度取決于磨料的鋒利程度及其動(dòng)能的大小。楊乾華和劉繼光等人通過實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為磨液射流對鐵合金異型曲表面的磨削拋光是可行的，并得出了較為合理的拋光方案。
　　
　　2磨料水射流拋光機(jī)理
　　
　　磨料水射流以一定角度沖擊拋光工件時(shí)，磨料對工件的沖擊力可分解為水平分力和垂直分力。水平分力對工件上的凸峰產(chǎn)生削凸整平作用，垂直分力對工作表面產(chǎn)生擠壓，使工件表面產(chǎn)生冷硬作用。
　　
　　拋光初期，工件表面的凹谷處會(huì)滯留一部分磨料水射流混合液，形成一層薄膜。露置在薄膜外的凸峰，會(huì)先受到磨料的沖擊作用而被去除掉，使工作表面得到明顯的平整。通常表面粗糙度為微米級，這一過程通常被稱為一級拋光(即粗拋光)。在此過程中，材料的去除量較大，需選用顆粒較大的磨料，其材料去除機(jī)理目前被認(rèn)為與普通磨料水射流加工機(jī)理相似。在磨料水射流拋光過程中，磨料去除工件表面材料的機(jī)制主要有兩種，一種是塑性變形機(jī)制引起的，磨料對工件表面的沖擊使材料向兩側(cè)隆起，這種過程并不會(huì)直接引起材料的切削過程，但在隨后磨粒的作用下材料產(chǎn)生脫落而形成二次切屑。同時(shí)，磨粒也對工件表面如刨削一樣有切削過程，這個(gè)過程可直接去除材料，形成一次切屑。另一種是利用混有磨料粒子的拋光液對工件的碰撞沖擊、剪切刻劃作用來去除材料。
　　
　　粗拋光后，工件表面上只留下較小的凸峰，這時(shí)水平?jīng)_擊分力減小了，垂直沖擊分力增大，使得磨料對工作表面的擠壓作用增強(qiáng)了，這一過程通常被稱為二級拋光，即精拋光。在這一過程中，材料去除量很小，需選用細(xì)顆粒磨料。這一階段材料的去除機(jī)理至今還處于研究階段。有學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)材料去除尺度為納米級別時(shí)，由于去除深度小于其臨界切削深度，這時(shí)塑性流動(dòng)便成為材料去除的主要方式，納米尺度的磨料對工件的作用主要是擠壓磨削作用。
　　
　　3工藝參數(shù)對拋光效果的影響
　　
　　利用磨料水射流進(jìn)行拋光加工時(shí)，加工質(zhì)量受到諸多因素的影響，例如：射流壓力，射流噴嘴直徑，靶距，傾角，砂噴管的直徑、形狀和長度，作用時(shí)間，磨粒的流量、大小、形狀和硬度以及被加工材料的性質(zhì)等。
　　
　　(1)噴射壓力太大時(shí)，材料去除量較大，拋光效果不理想；噴射壓力太小，材料難以去除，達(dá)不到拋光效果。所以噴射壓力應(yīng)根據(jù)材料的性質(zhì)和硬度來優(yōu)化選取。
　　
　　(2)磨料粒度對拋光效果影響較大，磨料粒度越小，拋光質(zhì)量越好，但拋光效率亦越低。
　　
　　(3)磨料硬度對拋光效果有明顯影響。在普通的磨料水射流加工中，通常認(rèn)為磨料的硬度要比工件硬度高，才能對工件進(jìn)行加工。但在磨料水射流精拋光加工時(shí)，由于其不同的加工機(jī)理和對加工表面質(zhì)量的高要求，磨料自身的變形量越大，即磨料硬度越小，拋光效果越好。
　　
　　(4)加工時(shí)間對拋光效果影響不明顯，對材料去除量影響較大，加工時(shí)間越長，材料去除越多。
　　
　　(5)靶距對拋光效果的影響存在最優(yōu)取值范圍。靶距選擇過小，如選在射流的初始段內(nèi)進(jìn)行拋光時(shí)，材料去除率高，但對工件的拋光作用較弱。靶距選擇過大，如選在射流的消散段內(nèi)進(jìn)行拋光加工時(shí)，材料基本沒有去除，同樣拋光效果不好。通常認(rèn)為拋光時(shí)，靶距的選擇應(yīng)使射流在基本段拋光工件。
　　
　　(6)噴射傾角對于拋光效果具有最佳值關(guān)系。在磨料水射流拋光工件時(shí)，隨著噴射傾角的減小，拋光效果越來越好，當(dāng)減小到一定值時(shí)，拋光表面質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)，噴射傾角進(jìn)一步減小時(shí)，表面質(zhì)量變化不大，但材料去除量會(huì)隨著噴射傾角的減小越來越小。如果噴射傾角過小(如射流沿與工件表面平行的方向拋光工件)，這時(shí)材料去除量過小或基本沒有去除，拋光效果反而不理想。
　　
　　(7)砂噴管的直徑、形狀和長度影響磨料在射流束中的分布情況。拋光時(shí)，理想的磨料分布是磨料在射流束中均勻分布。
　　
　　(8)在相同的拋光條件下，材料硬度越高，表面粗糙度越低，材料去除量越小。
　　
　　4目前磨料水射流拋光技術(shù)存在的主要問題
　　
　　理想的磨料水射流拋光加工結(jié)果是材料去除量小，表面質(zhì)量高。若想得到理想的拋光結(jié)果，需選用壓力低、磨料尺寸小的磨料水射流，即微磨料水射流。但目前微磨料水射流的理論還不成熟，有以下主要問題有待解決：
　　
　　(1)微細(xì)磨料水射流的形成。普通的磨料水射流形成是利用文杜里效應(yīng)引射，使磨料進(jìn)入水射流的，但Miller發(fā)現(xiàn)，當(dāng)射流直徑小于300μm時(shí)，這種使磨料進(jìn)入水射流的方式已不能應(yīng)用。現(xiàn)在對于微磨料水射流混合機(jī)理的研究還少見報(bào)道。
　　
　　(2)磨料團(tuán)聚。當(dāng)磨料顆粒為納米級時(shí)，磨料的表面能很大，在磨料水射流形成過程中，磨料顆粒有團(tuán)聚趨勢。在磨料水射流精拋光加工時(shí)，需要用到納米級的磨料，而對于磨料水射流中納米級磨料的分散問題目前還沒有解決。
　　
　　(3)微細(xì)磨料加工時(shí)發(fā)生噴嘴堵塞。由于微細(xì)磨料水射流噴嘴尺寸較小，在射流開關(guān)的過程中，極易堵塞。有的學(xué)者利用閥控制磨料進(jìn)入噴嘴的時(shí)間，但同時(shí)，閥的快速磨損破壞又成為一個(gè)新的問題。
　　
　　(4)因?yàn)閷δチ纤淞鲯伖饧夹g(shù)的研究剛處于起步階段，從實(shí)驗(yàn)到理論都還沒有形成成熟的拋光工藝、理論。磨料水射流精拋光加工時(shí)，材料去除機(jī)理是微觀去除機(jī)理，各種材料的微觀去除機(jī)理至今還沒有定論。
　　
　　(5)磨料水射流拋光加工(尤其是精拋光加工時(shí))，選用的磨料尺寸很小，而噴嘴尺寸由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的原因，很難做到很小。這時(shí)，由于噴嘴尺寸與磨料尺寸比很大而引起的尺寸效應(yīng)，其中的規(guī)律尚不清楚。
　　
　　綜上所述，可以看出對于磨料水射流拋光技術(shù)的研究還處于初級階段，今后應(yīng)從理論、實(shí)驗(yàn)兩方面對磨料水射流拋光技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。
　　
　　5結(jié)語
　　
　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)出越來越多的新型材料，對材料的加工精度要求也越來越高。磨料水射流加工技術(shù)作為一種新型的精密加工技術(shù)，其具有的獨(dú)特優(yōu)勢，使其可以在各種難加工材料的加工中發(fā)揮作用，尤其是微磨料水射流技術(shù)的發(fā)展，對磨料水射流拋光技術(shù)的研究和工藝的成熟將起到推動(dòng)作用。
　　
　　來源：慧聰網(wǎng)