磨料液體射流拋光技術(shù)研究進(jìn)展

陳逢軍　苗想亮　唐　宇　尹韶輝

湖南大學(xué)國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心,長(zhǎng)沙,410082

磨料液體射流拋光技術(shù)研究進(jìn)展

陳逢軍苗想亮唐宇尹韶輝

湖南大學(xué)國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心,長(zhǎng)沙,410082

論述了磨料液體射流拋光過(guò)程中的材料去除機(jī)理，介紹了磨料液體射流加工系統(tǒng)平臺(tái)的國(guó)內(nèi)外研究成果。從速度變化、材料去除、表面演化、表面粗糙度、數(shù)值模擬五個(gè)方面闡述了磨料液體射流數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建狀況。系統(tǒng)分析了主要工藝參數(shù)如磨粒動(dòng)能、射流壓力、磨料、噴射角度、噴射距離、添加劑對(duì)加工結(jié)果的影響規(guī)律,并總結(jié)了磨料液體射流拋光技術(shù)發(fā)展歷程。最后針對(duì)其將來(lái)的研究方向與內(nèi)容給出了進(jìn)一步的建議與展望。

磨料射流；磨粒磨料；流體拋光；超光滑加工；材料去除

0　引言

隨著科技快速發(fā)展,機(jī)械電子、精密儀器、光學(xué)元件、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的產(chǎn)品制造要求也在不斷地提高。而在精密或超精密加工一些異形面、細(xì)長(zhǎng)件或者微小區(qū)域時(shí)，由于這類構(gòu)件加工難度大,故需要選擇特殊的加工方法以提高產(chǎn)品質(zhì)量。磨料液體射流拋光技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型精密與超精密光學(xué)加工工藝，它也是一種計(jì)算機(jī)控制的小磨頭柔性拋光技術(shù)。20世紀(jì)60年代,美國(guó)的Bobo獲得了將磨料液體射流技術(shù)用于鉆油井的相關(guān)專利[1]。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，磨料液體射流在清洗、切割、拋光、車削、銑削以及鉆井、破碎巖石等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)拋光技術(shù)相比,磨料液體射流拋光技術(shù)具有能加工任意面形光學(xué)元件、柔性強(qiáng)、拋光精度高、易控制和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在加工領(lǐng)域已得到了一定的應(yīng)用。

本文分別對(duì)磨料液體射流拋光技術(shù)的機(jī)理與方法、數(shù)學(xué)模型以及工藝參數(shù)等方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)分析，并對(duì)磨料液體射流加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1　射流拋光原理與方法

1.1磨料液體射流拋光原理

磨料液體射流拋光的基本原理如圖1所示?；煊形⒓?xì)磨粒的拋光液以一定速度由噴液磨頭噴出與工件表面發(fā)生碰撞,并沿工件表面切向流動(dòng),產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力及剪切力,從而實(shí)現(xiàn)工件表面的材料微去除[2]。

圖1　液體射流拋光原理圖[2]

磨料液體射流拋光可以獲得具有納米級(jí)精度且無(wú)亞表面損傷的超光滑表面。文獻(xiàn)[3]對(duì)BK7進(jìn)行了3 h磨料液體射流定點(diǎn)拋光試驗(yàn)后，拋光點(diǎn)處最大深度為44 nm,拋光點(diǎn)中心處的粗糙度為1.2 nm。表明可以通過(guò)極少量材料的塑性移除來(lái)獲得極低的表面粗糙度值。K9玻璃的磨料液體射流拋光試驗(yàn)表明,垂直噴射時(shí)材料的去除區(qū)域呈W形的環(huán)狀分布,對(duì)材料去除的主導(dǎo)作用是磨粒剪切力，而直接沖擊占次要地位[4]。通過(guò)對(duì)納米級(jí)顆粒與光學(xué)元件表面碰撞過(guò)程分析可知,納米級(jí)顆粒具有足夠高的入射動(dòng)能才能克服阻礙勢(shì)壘，與工件表面原子發(fā)生界面化學(xué)吸附反應(yīng)[5]。

通過(guò)水射流沖蝕石材試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單純的水射流的中心射流對(duì)材料具有去除作用，在成穴力、剪切應(yīng)力和水楔的共同作用下，材料以脆性和塑性斷裂方式實(shí)現(xiàn)去除。如圖2所示,磨料水射流沖蝕區(qū)分為中心射流區(qū)(圓形區(qū)域φA)、成穴區(qū)(φA、φB之間的環(huán)形區(qū))和散射區(qū) (φB、φC之間的環(huán)形區(qū))，材料的主要去除量在成穴區(qū)[6]。磨料液體射流重復(fù)拋光時(shí)，由于受壓力波動(dòng)、磨粒沉降和流體紊動(dòng)等因素的影響,材料去除量呈現(xiàn)波動(dòng)不穩(wěn)性,從而增大了材料去除量的誤差范圍[7]。

圖2　射流沖蝕區(qū)截面輪廓[6]

1.2磨料液體射流加工系統(tǒng)

噴射系統(tǒng)是射流加工的關(guān)鍵,它將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能從而產(chǎn)生高能流束并完成水射流加工。而噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)射流的動(dòng)力學(xué)特性、去除函數(shù)及拋光元件的表面粗糙度都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。研究發(fā)現(xiàn),利用收縮角為13°、長(zhǎng)徑比為4的錐柱型噴嘴進(jìn)行射流拋光能獲得較好的射流特性，其射流出口斷面的紊動(dòng)強(qiáng)度低、流速和磨料濃度分布均勻[8]。

保持磨料濃度均勻可以使磨料液體射流拋光的效果更好。由于流化混合方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于安裝,故可使用流化方式攪拌磨料混合液使其更加均勻。使用流化床輔助磨料液體射流加工系統(tǒng)對(duì)鋁合金管道內(nèi)表面進(jìn)行拋光,表面粗糙度可從3 μm減小到0.6 μm,加工效率也可得到較大的提高[9]。

供料系統(tǒng)需要保證精確、均勻、連續(xù)地供料，從而提高磨料液體射流加工的效率和射流性能。對(duì)于磨料液體射流,一般有如圖3所示的前混合和后混合兩種供料方式。前混合磨料液體射流是磨料先和水均勻混合成磨料料漿，然后經(jīng)噴嘴噴射形成射流。如圖4所示，結(jié)合流態(tài)化原理，依靠高壓水的快速流動(dòng)將高壓磨料罐中的磨料負(fù)壓吸入并流態(tài)化成均勻的磨料懸浮液，再經(jīng)過(guò)三通與高壓水混合，形成高速穩(wěn)定的磨料料漿[10]。后混合磨料液體射流則是高速水射流與低速磨粒分別進(jìn)入混合腔進(jìn)行充分混合,同時(shí)高速水射流的部分能量傳遞給磨料,通過(guò)噴嘴進(jìn)入噴射狀態(tài)。前混合方式所需壓力低，混合效果好，能量利用率高，加工精度高，但設(shè)備復(fù)雜,噴嘴磨損嚴(yán)重,而后混合方式正好與之相反。因此，在設(shè)計(jì)磨料液體射流加工系統(tǒng)時(shí)必須考慮實(shí)際加工精度及成本，從而選擇合適的混合方式。

1.高壓水泵　2.混合腔　3.噴嘴　4.截止閥　5.儲(chǔ)料箱　　6.濃度調(diào)節(jié)閥　　(a)前混合式　1.高壓水泵　2.水噴嘴　3.混合腔　4.噴嘴　　5.儲(chǔ)料箱(b)后混合式圖3　兩種磨料液體射流原理示意圖

圖4　前混合磨料混合系統(tǒng)[11]

1.3磨料液體射流平臺(tái)

Beaucamp等[11]在一個(gè)7自由度的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上對(duì)非球面光學(xué)元件進(jìn)行磨料液體射流拋光試驗(yàn),面型精度值達(dá)到50 nm。李天生等[12]設(shè)計(jì)了一種磨液射流磨削拋光裝置,該裝置通過(guò)壓縮裝置在箱體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓將磨料液從吸管吸上來(lái)，在壓縮氣流的作用下形成水射流,噴射在工件表面上，同時(shí)工件在旋轉(zhuǎn)筒的帶動(dòng)下不斷旋轉(zhuǎn)，從而完成整個(gè)拋光過(guò)程。監(jiān)測(cè)磨料液體射流加工過(guò)程對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化是非常重要的，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此也作了相關(guān)的研究?？梢岳脺y(cè)力傳感器和探針精確確定射流束的直徑[13]。使用聲發(fā)射傳感原理對(duì)磨料液體射流工件侵蝕部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以控制加工工藝參數(shù)以提高加工質(zhì)量[14]。Fan等[15]使用粒子圖像測(cè)速(particle image velocimetry,PIV)技術(shù)對(duì)微磨料液體射流的粒子速度分布進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粒子射流幾乎是線性膨脹的，平均膨脹角度大約為7.2°。

2　磨料液體射流數(shù)學(xué)模型

為了對(duì)磨料液體射流的加工效率及精度進(jìn)行定量分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)材料去除機(jī)理、射流特性以及試驗(yàn)結(jié)果，建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)與控制。圖5展示了目前磨料射流數(shù)學(xué)模型的主要研究?jī)?nèi)容。施春燕等[7]對(duì)射流拋光的紊動(dòng)沖擊射流特性進(jìn)行了研究,并構(gòu)建了射流拋光的垂直和斜沖擊射流模型，而且將RNGk-ε理論用于模型的計(jì)算。

圖5　磨料射流數(shù)學(xué)模型

2.1速度變化模型

射流加工中射流截面上磨粒的平均速度可以利用磨粒的能量模型進(jìn)行精確預(yù)測(cè)，其模型預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的皮爾遜相關(guān)系數(shù)達(dá)到95%[16]。Wang[17]基于射流動(dòng)態(tài)特性的CFD仿真研究，提出了可以評(píng)估射流方向上流體內(nèi)部任意位置速度變化的數(shù)學(xué)模型。該模型與CFD模型預(yù)測(cè)結(jié)果的平均誤差在1%以內(nèi)，基本可以滿足對(duì)射流流體速度的預(yù)測(cè)。

2.2材料去除模型

材料去除模型的應(yīng)用可以有效地提高材料去除效率。在對(duì)磨料水射流車外圓的試驗(yàn)中，使用一種考慮了加工過(guò)程中沖擊角度變化的模型，可以很好地提高加工過(guò)程中對(duì)工件直徑的預(yù)測(cè)精度[18]。Kumar等[19]建立了基于有限元仿真的三維侵蝕模型，并對(duì)多磨粒沖擊侵蝕過(guò)程進(jìn)行了仿真計(jì)算。Tyagi[20]建立了基于磨粒動(dòng)能的材料去除率數(shù)學(xué)模型，研究了磁場(chǎng)和電場(chǎng)對(duì)材料去除率的影響，材料的去除率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而減小，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增大而變大。

2.3表面粗糙度模型

表面粗糙度模型能對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最佳工藝參數(shù),從而提高表面質(zhì)量。Azmir等[21]采用磨料水射流加工了玻璃環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，應(yīng)用分段線性回歸方法建立了加工表面粗糙度模型。Chen等[22]同樣基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立了磨粒水射流拋光表面粗糙度模型，其預(yù)測(cè)結(jié)果的平均偏差為3.8%。Che等[23]建立了應(yīng)用磨粒水射流拋光超硬材料的表面粗糙度理論模型,從理論上反映了各個(gè)工藝參數(shù)的變化會(huì)對(duì)表面粗糙度的影響。

2.4表面演化模型

磨料水射流拋光時(shí)，沖擊點(diǎn)處的面形變化會(huì)對(duì)工件的表面粗糙度、面形精度及去除效果產(chǎn)生影響，方慧等[4]、劉增文等[6]、施春燕等[7]對(duì)此作了相關(guān)研究，但他們較少考慮工藝參數(shù)對(duì)沖擊點(diǎn)面形變化的影響。一種基于窄帶水平集法的表面演化模型解釋了微磨料液體射流加工中掩膜的磨損和磨粒的二次沖擊問(wèn)題，從而極大地縮短了加工時(shí)間[28]。Ma等[25]建立了可以預(yù)測(cè)磨料液體射流加工寬度與射流速度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系模型。Getu等[24]根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)微磨料液體射流加工脆性材料時(shí)的表面輪廓演化模型進(jìn)行了改進(jìn)。

2.5數(shù)值模擬

通過(guò)對(duì)磨料液體射流過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析,可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)與理論研究的發(fā)展。劉國(guó)勇等[27]基于CFD多相流混合物模型對(duì)前混合磨料水射流混合腔的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,當(dāng)收縮錐角為30°時(shí)可獲得較好的流場(chǎng)性能。VOF、Mixture和Euler模型在磨料液體射流的CFD數(shù)值模擬過(guò)程中有著非常重要的應(yīng)用。使用Mixture模型可以對(duì)磨料在混合腔中的混合過(guò)程進(jìn)行仿真，并且能夠獲得混合腔內(nèi)磨粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[29]。該模型也被應(yīng)用于噴嘴結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析中,可以得出錐直型噴嘴的長(zhǎng)徑比在2～3時(shí)可獲得最佳的射流速度[30]。陳林等[26]基于多相流Euler模型對(duì)幾種典型的后混合磨料水射流噴嘴的內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，當(dāng)圓柱段長(zhǎng)度為出口直徑的23～37倍時(shí)，磨?？色@得最大速度。陸金剛等[31]采用VOF模型對(duì)自由水射流流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)噴嘴出口處空氣向噴嘴內(nèi)部卷吸,一定程度上提高了其集束性，而射流上游的湍流動(dòng)能大小及漩渦強(qiáng)度對(duì)射流的集束性影響顯著。

3　磨料液體射流工藝參數(shù)優(yōu)化

磨料液體射流加工的材料去除效率及表面粗糙度受許多工藝參數(shù)的影響,如圖6和圖7所示。分析和研究磨料液體射流加工工藝參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化對(duì)充分發(fā)揮其拋光性能非常關(guān)鍵。李兆澤等[32]研究了射流拋光主要工藝參數(shù)對(duì)拋光效率和侵蝕形貌的影響:選取噴射角度90°,噴射距離15 mm，拋光液濃度4%,射流速度25 m/s,工作時(shí)間5 min,對(duì)平面K9玻璃進(jìn)行拋光試驗(yàn),其表面粗糙度約為2.25 nm,拋光速率可達(dá)到30 nm/min。

圖6　影響材料去除的主要參數(shù)

Tsai等[33]對(duì)SKD61進(jìn)行了磨料液體射流拋光優(yōu)化試驗(yàn)，獲得使工件表面粗糙度達(dá)到最佳的加工條件為：粒徑為1.6 μm左右的SiC磨料和水的混合比例為1∶2、沖擊角度為30°、射流壓力為0.4 MPa、噴射距離為10 mm,其表面粗糙度從1.03 μm減小到0.13 μm。Mimura等[43]將單晶4H-SiC的表面拋光到表面粗糙度RMS值為0.323 nm,表面晶體結(jié)構(gòu)完整。Zhang等[44]對(duì)K9玻璃進(jìn)行了磨料液體射流拋光，表面粗糙度RMS值達(dá)到了0.935 nm。而Wang等[45]對(duì)石英玻璃進(jìn)行加工,RMS值達(dá)到0.123 nm。宋岳干等[46]對(duì)0Cr18Ni9Si不銹鋼進(jìn)行拋光,使得表面粗糙度值從2.203 μm減小到1.195 μm。

(1)磨粒動(dòng)能。在磨料液體射流過(guò)程中磨粒速度越大，其動(dòng)能也越大，對(duì)表面影響也越明顯。圖8所示為對(duì)硼酸玻璃進(jìn)行磨料水射流拋光的試驗(yàn)結(jié)果，加工后的表面粗糙度隨磨粒動(dòng)能增大而增大[35]。

(2)射流壓力。一定范圍內(nèi),壓力越大,射流速度越高,磨粒能夠獲得的能量也越大,材料去除量就越大。玻璃和環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料壓層板磨料水射流加工試驗(yàn)證明了增大工作壓力和磨料流量可以很好地改善加工性能，減小噴射距離和移動(dòng)速率也能提高加工性能，而噴射角度對(duì)加工質(zhì)量影響不大[34]。因此,增大射流過(guò)程的動(dòng)能能夠獲得更好的表面質(zhì)量。

圖7　表面粗糙度的研究狀況

圖8　表面粗糙度與磨粒動(dòng)能的關(guān)系[35]

(3)磨料。對(duì)于硬度較高的工件表面，宜采用具有較大磨粒直徑和較高濃度添加劑的磨料液；對(duì)于硬度較低的工件表面,宜采用磨粒直徑較小和添加劑濃度較低的磨料液[37]。而增大磨粒硬度則能提高材料去除率和表面粗糙度[38]。

(4)噴射角度。不同噴射角度對(duì)材料去除面形會(huì)產(chǎn)生影響。通過(guò)射流拋光噴射角度的仿真模擬分析得出,當(dāng)射流與工作壁面垂直時(shí)，拋光區(qū)域整個(gè)面形呈W形狀分布；隨著沖擊角度的減小，去除面形呈越來(lái)越明顯的彎月形狀分布[39]。噴射角度的大小對(duì)侵蝕速率也會(huì)產(chǎn)生一定的影響,使用射流速率為106 m/s、粒徑為50 μm的Al2O3磨料對(duì)鋁、鋁合金、不銹鋼進(jìn)行加工,當(dāng)噴射角度在20°～35°時(shí)侵蝕速率達(dá)到最高[40]。使用粒徑為25 μm的Al2O3磨粒在有機(jī)玻璃上進(jìn)行微細(xì)磨料噴射加工,當(dāng)噴射傾斜角度為55°時(shí),噴嘴掃描方向工件表面的侵蝕速率影響較大[24]。

(5)噴射距離。噴射距離對(duì)材料去除率具有顯著影響。射流在初始階段還未穩(wěn)定，部分磨粒未參與剪切作用,去除量很小。當(dāng)噴射距離達(dá)到一定尺寸時(shí),磨料液體射流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，材料去除量增大至最大。隨著工作距離進(jìn)一步增大，磨料的動(dòng)能降低，沖蝕能力下降,從而降低了材料的去除率。當(dāng)噴射距離在8～10 mm范圍內(nèi)時(shí),去除效率最高,之后隨著噴射距離的增大而減小[36]。

(6)添加劑。添加劑可以較好地改變材料的去除效率。例如使用粒徑為80 μm左右的SiC對(duì)玻璃進(jìn)行磨粒流體射流加工時(shí)，當(dāng)研磨液中加入丙酮酸和磷酸可以使材料去除率大大提高,而加入高分子聚合物聚丙烯酰胺對(duì)材料的去除率影響更大[41]。Yan等[42]使用粒徑為5 μm左右的SiC磨料對(duì)SKD61進(jìn)行水射流拋光,當(dāng)使用不涂蠟?zāi)チ蠒r(shí)表面粗糙度從0.36 μm減小到0.054 μm;而當(dāng)使用涂蠟?zāi)チ蠒r(shí)表面粗糙度減小到0.049 μm。故使用添加劑可以提高拋光后的表面粗糙度。

4　磨料液體射流拋光技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

圖9展示了磨料液體射流拋光技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域比較重要的研究進(jìn)程。雖然在國(guó)內(nèi)外該技術(shù)已獲得了較多的研究成果，但還存在許多問(wèn)題亟待解決。

圖9　磨料流體射流拋光發(fā)展歷程

(1)材料去除機(jī)理的系統(tǒng)性理論研究。材料去除機(jī)理總體上可以分為微觀去除機(jī)理和宏觀去除機(jī)理。單個(gè)磨粒對(duì)材料去除作用的研究是目前微觀加工機(jī)理的主要研究?jī)?nèi)容，而射流則表現(xiàn)為磨粒與流體共同對(duì)材料的復(fù)合作用,而目前并沒(méi)有成熟的系統(tǒng)化理論。對(duì)宏觀加工機(jī)理的研究,目前主要通過(guò)試驗(yàn)和仿真來(lái)完成,缺少系統(tǒng)的理論公式,很難用于指導(dǎo)磨料液體射流拋光技術(shù)的應(yīng)用。因此，將磨料液體射流在宏觀方面和微觀方面去除機(jī)理通過(guò)統(tǒng)一化的理論表達(dá)出來(lái)將成為今后磨料液體射流拋光技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。

(2)材料去除模型。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有部分學(xué)者建立了各類磨料液體射流拋光的數(shù)學(xué)模型。但對(duì)于射流加工過(guò)程中存在的部分用數(shù)學(xué)模型難以準(zhǔn)確描述的復(fù)雜現(xiàn)象研究較少，如射流流體中介質(zhì)耦合、磨粒與流體相互作用、磨粒相互運(yùn)動(dòng)干涉、磨粒破碎及磨料對(duì)材料多次沖擊等微觀作用的模型建立與模擬。另外，關(guān)于射流的類別與結(jié)構(gòu)形式、射流的速度及能量分布模型的研究也不多，需要進(jìn)一步深入研究。而且目前建立的多數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵舶嗽S多未知的參數(shù)，很難用于生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)這些模型的進(jìn)一步改進(jìn)非常必要。

(3)磨料液體射流控制方法。工藝過(guò)程控制策略與控制方法也是磨料液體射流加工的重要研究?jī)?nèi)容。例如將低壓或者負(fù)壓替代高壓射流、多種磨粒共同作用，低溫或高溫環(huán)境下射流拋光、特殊光照射下的特殊材料射流拋光，等等。智能化的加工設(shè)備和控制系統(tǒng)可以降低對(duì)人工操作的依賴性、提高加工效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。所以，需要根據(jù)不同工藝過(guò)程研究出加工設(shè)備和系統(tǒng)的不同控制方法。另外,應(yīng)建立磨料液體射流加工的工藝數(shù)據(jù)庫(kù),以在不同條件下實(shí)現(xiàn)磨料液體射流加工的控制。

(4)工藝參數(shù)優(yōu)化的研究。對(duì)磨料液體射流加工工藝的優(yōu)化是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究得最廣泛、最直接的內(nèi)容之一。由于磨料液體射流拋光的基礎(chǔ)與應(yīng)用的研究還處于初步發(fā)展階段，故對(duì)其工藝參數(shù)進(jìn)行深入準(zhǔn)確的研究非常必要。同時(shí)，磨料液體射流周圍環(huán)境如溫度、氣壓等對(duì)加工的影響研究很小,而該技術(shù)應(yīng)用于精密超精密加工時(shí)，必須考慮這些影響因素。另外，復(fù)合加工工藝也是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)，目前對(duì)于磨料液體射流拋光與其他加工工藝的復(fù)合工藝研究較少，可以嘗試與精密磨削、車削、銑削、其他研拋等工藝的復(fù)合，以獲得更優(yōu)的拋光效果與效率。

(5)磨料液體射流拋光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。由于磨料液體射流拋光技術(shù)尚待完善，且加工成本較高，故目前只是應(yīng)用在部分科技領(lǐng)域，在高科技軍事方面應(yīng)用較少。隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、新要求的產(chǎn)品制造技術(shù)不斷涌現(xiàn)，部分傳統(tǒng)制造技術(shù)無(wú)法滿足要求時(shí)，磨料液體射流拋光技術(shù)能夠憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮其作用。此外，磨料液體射流技術(shù)在微型零件的應(yīng)用領(lǐng)域可以進(jìn)一步擴(kuò)展，尤其是微型光學(xué)非球面元件的制造領(lǐng)域。

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(編輯王艷麗)

Research Progresses on Abrasive Fluid Jet Polishing Technology

Chen FengjunMiao XiangliangTang YuYin Shaohui

National Engineering Research Center for High Efficiency Grinding,Changsha,410082

The mechanism of material removal in the process of polishing was discussed.The research results about jet machining system and platform were introduced.The development of mathematical model of abrasive fluid jet were described,including speed change model,material removal model,surface evolution model,surface roughness model,numerical simulation model.The effect laws of some major process parameters such as particle energy,jet pressure,abrasive,jet angle,stand-off distance,additive on machining results were analyzed,and the research progresses of abrasive jet polishing technology were summarized,and the probable further research was forecasted.

abrasive jet;abrasive particle;fluid polishing;super-smooth machining;material removal

2015-05-22

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51205120);高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目(20120161120001);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(531107040147)

TH16DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.22.021

陳逢軍，男，1979年生。湖南大學(xué)國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心講師。主要研究方向?yàn)槌芗庸づc控制。發(fā)表論文20余篇。苗想亮,男,1988年生。湖南大學(xué)國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心碩士研究生。唐宇,男,1991年生。湖南大學(xué)國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心碩士研究生。尹韶輝,男,1967年生。湖南大學(xué)國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心教授、博士研究生導(dǎo)師。