一種伺服閥閥芯噴嘴的磨粒流加工實驗驗證方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及磨粒流加工技術領域，具體涉及一種伺服閥閥芯噴嘴的磨粒流加工實 驗驗證方法。
【背景技術】
[0002] 伺服閥閥芯噴嘴磨粒流加工機理與不同工況環境下的仿真實驗研究，都從理論上 證明了磨粒流加工技術可以實現對被加工零件表面的光整加工，并通過顆粒對加工表面的 磨損特性能夠使被加工表面的表面形貌趨向光滑平整。這些理論論述都是為了說明磨粒流 加工技術的磨削機理以及磨粒流加工的有效性。用來檢測磨粒流光整加工的加工質量最直 接的方法是檢測經過磨粒流磨削光整加工的零件表面粗糙度和表面形貌。為證明伺服閥閥 芯噴嘴磨粒流加工技術的有效性，本發明對伺服閥閥芯噴嘴零件進行磨粒流光整加工實 驗，然后對零件進行表面質量檢測，通過比較工件加工前后粗糙度和表面形貌的檢測結果， 對加工方法的可行性和有效性進行驗證。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的在于提供一種伺服閥閥芯噴嘴的磨粒流加工實驗驗證方法，以便更 好地實現磨粒流加工實驗驗證，改善使用效果。
[0004] 為了實現上述目的，本發明的技術方案如下。
[0005] -種伺服閥閥芯噴嘴的磨粒流加工實驗驗證方法，利用磨粒流加工技術對伺服閥 閥芯噴嘴進行微小孔徑通道內表面的拋光加工，實驗結束后，為了對其通道內表面的檢測， 首先需要將已加工工件線切割，零件清洗之后，然后采用相應的檢測儀器檢測工件內表面 的表面粗糙度以及表面形貌和工件的元素成分，具體包括以下方面及步驟：
[0006] (1)實驗工件:主要驗證磨粒流加工的有效可行性，需要采用各種檢測手段來獲得 噴嘴內表面的檢測數據，觀察其加工通道的內表面質量。因伺服閥閥芯噴嘴的內部通道狹 小細長，尤其是噴嘴小孔區域，所以實驗加工結束后需要采用線切割機床進行零件的切割 剖面，然后才能將切割后的零件進行各種環境下的內表面檢測;通過對局部放大圖的分析 發現，加工前的噴嘴零件的內表面粗糙，不光滑，尤其是噴嘴小孔區域，加工后的噴嘴不論 是加工通道內還是噴嘴小孔區域其內表面有些改善。為了能更好的對比分析加工前后噴嘴 內表面的質量，本發明又采用了不同的檢測手段對其加工內表面進行檢測:使用高倍顯微 鏡對噴嘴小孔區域進行檢測;使用NTl 100光柵表面粗糙度測量儀檢測加工表面的表面粗糙 度;使用JOEL JXA-840電子探針顯微分析儀檢測加工表面的表面形貌以及對加工表面的成 分分析。
[0007] (2)高倍顯微鏡下的檢測結果分析：
[0008] 采用Nikon SMZ 745T主要是針對伺服閥閥芯噴嘴小孔區域的表面測量，在不同的 放大倍數條件下觀察伺服閥閥芯噴嘴加工前后小孔區域的成形樣貌，通過觀察對比小孔區 域的表面形貌以此判斷磨粒流加工技術的加工效果。從未加工噴嘴小孔的樣貌圖可以看 出，噴嘴小孔區域位置凹凸不平;從已加工噴嘴小孔的樣貌圖可以看出，噴嘴小孔區域位置 光滑平整。通過對比分析噴嘴小孔區域加工前后的樣貌圖可以得知，磨粒流加工技術可以 改善小孔區域的毛刺現象，對其凹凸不平的表面進行光整加工，以此改善微小細孔的內表 面質量。在高倍顯微鏡下對噴嘴小孔區域的檢測，只可以觀察出噴嘴區域的大體樣貌，還不 能準確的分析磨粒流加工技術的加工效果，尤其是在噴嘴通道內表面的加工效果，還需對 其進行進一步的檢測。
[0009] (3)表面粗糙度的檢測結果分析：
[0010] 本發明在經過線切割后的實驗工件內表面選取3個試驗點分別進行測量，利用 NTl 100光柵表面粗糙度測量儀隨機安裝的軟件獲得了工件加工表面粗糙度的二維、三維形 貌圖以及相關數據。
[0011] 通過比較各試驗點的檢測結果發現:在第一個試驗點處，零件內表面的初始粗糙 度數值為743.93nm，經過磨粒流拋光加工后其粗糙度數值變為571.64nm;在第二個試驗點 處，零件內表面的初始粗糙度為823.07nm，經過磨粒流拋光加工后其粗糙度數值變為 735.24;在第三個試驗點處，零件內表面的初始粗糙度數值為I. Ium，經過磨粒流拋光加工 后其粗糙度數值變為721 · 09nm〇
[0012] 從上述二維表面形貌圖中噴嘴加工前后表面粗糙度數值的變化可知，經過磨粒流 加工技術拋光后的零件內表面的表面粗糙度數值變小;從三維表面形貌中看出未加工零件 表面的紅色區域明顯，紅色區域表征的是此處表面粗糙度大，表面突起的峰值較大，加工之 后的零件表面紅色區域減少，表明了被加工表面的材料經過磨粒流磨削將突起的表面材料 去除，所以其表面突起峰值減小。綜上所述，經過磨粒流加工技術后，伺服閥閥芯噴嘴的加 工表面得到改善，其內表面光潔度變好，表面粗糙度數值滿足零件使用的要求。
[0013] (4)表面形貌的檢測結果分析：
[0014] (a)表面質量的驗證分析：
[0015]采用日本電子株式會社生產的JXA-840儀器檢測零件加工前后的表面形貌，在伺 服閥閥芯噴嘴的加工通道內選取4點位置，利用JXA-840儀器對加工表面微觀形貌進行1000 倍、2000倍下觀察。
[0016]通過觀察在JXA-840儀器的1000倍放大倍數條件下的伺服閥閥芯噴嘴內表面的表 面形貌圖，對比發現，經過拋光加工后的零件內表面形貌發生改變。未加工過的噴嘴零件的 內表面為傳統加工狀態下，噴嘴內表面粗糙、峰谷高低起伏、不平整，雖然其表面紋理不是 特別紊亂，但是表面帶有深淺不一的劃痕和一定數量的夾雜碎肩；經過磨粒流拋光磨削的 表面相貌，磨料介質以微磨削的方式實現了加工表面材料的去除，加工之后的內表面紋理 清晰、平緩而致密，原本存在的劃痕消失不見，表面質量獲得改善。綜上所述，磨粒流加工技 術以磨料介質的微磨削方式實現了對加工表面的光整加工，獲得了良好的表面粗糙度，噴 嘴內表面的表面質量獲得改善。
[0017] (2)小孔區域的預測驗證分析：
[0018] 顆粒對各加工區域的磨損量因模型尺寸和流場內連續相與離散相性質的影響而 不同，小孔區域的磨損量與其他部位的相比，磨損量較大，所以預測磨粒流加工技術在小孔 區域位置的加工效果比其他部位較好。通過對比發現，傳統工藝對小孔區域的加工質量不 是特別好，這主要是因為小孔的尺寸太小，傳統工藝無法對小孔進行精加工。經過磨粒流光 整加工后，不論是噴嘴主干通道內表面還是噴嘴小孔區域表面都有改善;通過對比主干通 道和小孔區域的表面形貌圖顯示閥芯噴嘴小孔部位的表面形貌比主干通道的光滑平整，這 是由于噴嘴部位與主干通道尺寸差異所導致的流場湍流和顆粒磨損率的不同，所以零件各 位置的磨粒流加工效果有所不同，與實驗仿真分析中對小孔區域的加工預測是一致的。
[0019] 該發明的有益效果在于:本發明以伺服閥閥芯噴嘴為實驗加工零件，對零件加工 前后的表面質量進行研究。本發明采用多種檢測手段對零件內表面進行檢測，分別采用高 倍顯微鏡、NTllOO光柵表面粗糙度以及JEOL JXA-840檢測儀器，觀察分析了加工前后的噴 嘴內表面各位置點的表面粗糙度和表面形貌，以此論證了磨粒流加工技術的有效性，磨料 介質的微磨損機理以及加工預測的論證。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明實施例中所使用樣品結構示意圖。
[0021] 圖2是本發明實施例中未加工噴嘴小孔的掃描電鏡樣貌圖。
[0022] 圖3是本發明實施例中已加工噴嘴小孔的掃描電鏡樣貌圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便更好的理解本發明。
[0024] 實施例
[0025]實驗加工的儀器準備：
[0026] (1)磨粒流加工實驗器材：
[0027]磨粒流加工裝置主要包含了液壓缸、動力系統、磨料缸、夾具、加工實驗底座以及 其他的加工附件。其中，采用三相異步電動機的小型液壓站為實驗加工提供動力，磨料缸和 液壓缸的直徑為100mm，夾具是依據被加工工件的結構和尺寸大小而設定。
[0028] (2)線切割機床：
[0029]實驗加工結束后，為了檢測實驗加工的內表面，在被加工工件檢測之前，需要采用 線切割機床對被加工工件進行切割，實驗采用型號為AQ550LDE高性能的電火花線切割機 床，其線切割機床的切割精度范圍-〇. 〇〇2mm~+0.002mm，加工范圍550*350*270。
[0030] (3)高倍顯微鏡：
[0031]采用Nikon SMZ745T顯微鏡，其總放大倍范圍為3.35-300,可以通過改變其放大倍 數結合SUNJOY SH200視頻檢測系統對零件的各微小部位進行放大觀察，觀察其表面形貌。 [0032] (4)表面粗糙度檢測儀器：
[0033]采用型號NTllOO光柵表面粗糙度測量儀對工件加工前后的通道內表面的表面粗 糙度進行檢測，NTllOO光柵表面粗糙度測量儀可以通過對加工表面的測量呈現表面粗糙度 的三維測量圖，測量范圍從亞納米級粗糙度到毫米級粗糙度，其檢測快速，具有高分辨率和 高重復性，保證了對工件表面粗糙度測量的準確性。
[0034] (5)電子探針顯微分析儀：
[0035]為更好觀察加工前后的內面加工效果，當加工完成時還需要利用電子掃描電鏡對 工件的加工表面進行檢測觀察。實驗采用日本電子生產的JEOL JXA-840電子探針顯微分析 儀，它可以用來檢測材料的化學成分定性或定量分析以及組織形貌的檢測。
[0036] 磨粒流加工的材料:是以伺服閥閥芯噴嘴為研究對象，在室溫條件下，采用自行研 制的研磨液對噴嘴進行加工實驗，研磨液載流體采用的是航空液壓油，固體顆粒采用碳化 娃顆粒。
[0037] 工件要求：
[0038] 噴嘴是伺服閥閥芯前置級的重要零件，它可以和擋板結構構成可變節流孔，可以 實現對閥芯的位移控制。噴嘴是一種小型的精密回轉體零件，外圓尺寸分為欽3. 5mm和 竊4. 5mm兩種，內孔尺寸為_1. 5麗和竊2mm兩種，射流小孔直徑為翻，1-錢0, 7.mm,小孔的長度 為0.3-0.5mm，總長度為6-20mm，且噴嘴具有很高的尺寸精度、形位精度以及表面粗糙度。其 結構圖如圖1所示。
[0039] 噴嘴要求在一定的壓力條件下，噴嘴小孔在70mm范圍內的射流液流成柱狀，無散 射、斜射、螺旋等缺陷，成對使用的噴嘴的小孔流量差值要控制在±2%以內。這決定了小孔 尺寸的一致性、孔內微小毛刺的去除、內孔粗糙度以及圓度等要滿足很高的要求。
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