技术领域
[0001] 本
发明涉及磨粒流加工技术领域，具体涉及一种
伺服阀阀芯喷嘴的磨粒流加工实验验证方法。
背景技术
[0002] 伺服阀阀芯喷嘴磨粒流加工机理与不同工况环境下的仿真实验研究，都从理论上证明了磨粒流加工技术可以实现对被加工零件表面的光整加工，并通过颗粒对加工表面的磨损特性能够使被加工表面的表面形貌趋向光滑平整。这些理论论述都是为了说明磨粒流加工技术的磨削机理以及磨粒流加工的有效性。用来检测磨粒流光整加工的加工
质量最直接的方法是检测经过磨粒流磨削光整加工的零件表面粗糙度和表面形貌。为证明伺服阀阀芯喷嘴磨粒流加工技术的有效性，本发明对伺服阀阀芯喷嘴零件进行磨粒流光整加工实验，然后对零件进行表面质量检测，通过比较
工件加工前后粗糙度和表面形貌的检测结果，对加工方法的可行性和有效性进行验证。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种伺服阀阀芯喷嘴的磨粒流加工实验验证方法，以便更好地实现磨粒流加工实验验证，改善使用效果。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0005] 一种伺服阀阀芯喷嘴的磨粒流加工实验验证方法，利用磨粒流加工技术对伺服阀阀芯喷嘴进行微小孔径通道内表面的
抛光加工，实验结束后，为了对其通道内表面的检测，首先需要将已加工工件线切割，零件清洗之后，然后采用相应的检测仪器检测工件内表面的表面粗糙度以及表面形貌和工件的元素成分，具体包括以下方面及步骤：
[0006] (1)实验工件：主要验证磨粒流加工的有效可行性，需要采用各种检测手段来获得喷嘴内表面的检测数据，观察其加工通道的内表面质量。因伺服阀阀芯喷嘴的内部通道狭小细长，尤其是喷嘴小孔区域，所以实验加工结束后需要采用线切割机床进行零件的切割剖面，然后才能将切割后的零件进行各种环境下的内表面检测；通过对局部放大图的分析发现，加工前的喷嘴零件的内表面粗糙，不光滑，尤其是喷嘴小孔区域，加工后的喷嘴不论是加工通道内还是喷嘴小孔区域其内表面有些改善。为了能更好的对比分析加工前后喷嘴内表面的质量，本发明又采用了不同的检测手段对其加工内表面进行检测：使用高倍
显微镜对喷嘴小孔区域进行检测；使用NT1100光栅表面粗糙度测量仪检测加工表面的表面粗糙度；使用JOEL JXA-840
电子探针显微分析仪检测加工表面的表面形貌以及对加工表面的成分分析。
[0007] (2)高倍显微镜下的检测结果分析：
[0008] 采用Nikon SMZ 745T主要是针对伺服阀阀芯喷嘴小孔区域的表面测量，在不同的放大倍数条件下观察伺服阀阀芯喷嘴加工前后小孔区域的成形样貌，通过观察对比小孔区域的表面形貌以此判断磨粒流加工技术的加工效果。从未加工喷嘴小孔的样貌图可以看出，喷嘴小孔区域
位置凹凸不平；从已加工喷嘴小孔的样貌图可以看出，喷嘴小孔区域位置光滑平整。通过对比分析喷嘴小孔区域加工前后的样貌图可以得知，磨粒流加工技术可以改善小孔区域的毛刺现象，对其凹凸不平的表面进行光整加工，以此改善微小细孔的内表面质量。在高倍显微镜下对喷嘴小孔区域的检测，只可以观察出喷嘴区域的大体样貌，还不能准确的分析磨粒流加工技术的加工效果，尤其是在喷嘴通道内表面的加工效果，还需对其进行进一步的检测。
[0009] (3)表面粗糙度的检测结果分析：
[0010] 本发明在经过线切割后的实验工件内表面选取3个试验点分别进行测量，利用NT1100光栅表面粗糙度测量仪随机安装的
软件获得了工件加工表面粗糙度的二维、三维形貌图以及相关数据。
[0011] 通过比较各试验点的检测结果发现：在第一个试验点处，零件内表面的初始粗糙度数值为743.93nm，经过磨粒流抛光加工后其粗糙度数值变为571.64nm；在第二个试验点处，零件内表面的初始粗糙度为823.07nm，经过磨粒流抛光加工后其粗糙度数值变为735.24；在第三个试验点处，零件内表面的初始粗糙度数值为1.1um，经过磨粒流抛光加工后其粗糙度数值变为721.09nm。
[0012] 从上述二维表面形貌图中喷嘴加工前后表面粗糙度数值的变化可知，经过磨粒流加工技术抛光后的零件内表面的表面粗糙度数值变小；从三维表面形貌中看出未加工零件表面的红色区域明显，红色区域表征的是此处表面粗糙度大，表面突起的峰值较大，加工之后的零件表面红色区域减少，表明了被加工表面的材料经过磨粒流磨削将突起的表面材料去除，所以其表面突起峰值减小。综上所述，经过磨粒流加工技术后，伺服阀阀芯喷嘴的加工表面得到改善，其内表面光洁度变好，表面粗糙度数值满足零件使用的要求。
[0013] (4)表面形貌的检测结果分析：
[0014] (a)表面质量的验证分析：
[0015] 采用日本电子株式会社生产的JXA-840仪器检测零件加工前后的表面形貌，在伺服阀阀芯喷嘴的加工通道内选取4点位置，利用JXA-840仪器对加工表面微观形貌进行1000倍、2000倍下观察。
[0016] 通过观察在JXA-840仪器的1000倍放大倍数条件下的伺服阀阀芯喷嘴内表面的表面形貌图，对比发现，经过抛光加工后的零件内表面形貌发生改变。未加工过的喷嘴零件的内表面为传统加工状态下，喷嘴内表面粗糙、峰谷高低起伏、不平整，虽然其表面纹理不是特别紊乱，但是表面带有深浅不一的划痕和一定数量的夹杂碎屑；经过磨粒流抛光磨削的表面相貌，
磨料介质以微磨削的方式实现了加工表面材料的去除，加工之后的内表面纹理清晰、平缓而致密，原本存在的划痕消失不见，表面质量获得改善。综上所述，磨粒流加工技术以磨料介质的微磨削方式实现了对加工表面的光整加工，获得了良好的表面粗糙度，喷嘴内表面的表面质量获得改善。
[0017] (2)小孔区域的预测验证分析：
[0018] 颗粒对各加工区域的磨损量因模型尺寸和流场内连续相与离散相性质的影响而不同，小孔区域的磨损量与其他部位的相比，磨损量较大，所以预测磨粒流加工技术在小孔区域位置的加工效果比其他部位较好。通过对比发现，传统工艺对小孔区域的加工质量不是特别好，这主要是因为小孔的尺寸太小，传统工艺无法对小孔进行精加工。经过磨粒流光整加工后，不论是喷嘴主干通道内表面还是喷嘴小孔区域表面都有改善；通过对比主干通道和小孔区域的表面形貌图显示阀芯喷嘴小孔部位的表面形貌比主干通道的光滑平整，这是由于喷嘴部位与主干通道尺寸差异所导致的流场
湍流和颗粒磨损率的不同，所以零件各位置的磨粒流加工效果有所不同，与实验仿真分析中对小孔区域的加工预测是一致的。
[0019] 该发明的有益效果在于：本发明以伺服阀阀芯喷嘴为实验加工零件，对零件加工前后的表面质量进行研究。本发明采用多种检测手段对零件内表面进行检测，分别采用高倍显微镜、NT1100光栅表面粗糙度以及JEOL JXA-840检测仪器，观察分析了加工前后的喷嘴内表面各位置点的表面粗糙度和表面形貌，以此论证了磨粒流加工技术的有效性，磨料介质的微磨损机理以及加工预测的论证。
附图说明
[0020] 图1是本发明
实施例中所使用样品结构示意图。
[0021] 图2是本发明实施例中未加工喷嘴小孔的扫描电镜样貌图。
[0022] 图3是本发明实施例中已加工喷嘴小孔的扫描电镜样貌图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
[0024] 实施例
[0025] 实验加工的仪器准备：
[0026] (1)磨粒流加工实验器材：
[0027] 磨粒流加工装置主要包含了
液压缸、动
力系统、磨料缸、夹具、加工实验底座以及其他的加工附件。其中，采用三相异步
电动机的小型液压站为实验加工提供动力，磨料缸和液压缸的直径为100mm，夹具是依据被加工工件的结构和尺寸大小而设定。
[0028] (2)线切割机床：
[0029] 实验加工结束后，为了检测实验加工的内表面，在被加工工件检测之前，需要采用线切割机床对被加工工件进行切割，实验采用型号为AQ550LDE高性能的电火花线切割机床，其线切割机床的切割
精度范围-0.002mm～+0.002mm，加工范围550*350*270。
[0030] (3)高倍显微镜：
[0031] 采用Nikon SMZ745T显微镜，其总放大倍范围为3.35-300，可以通过改变其放大倍数结合SUNJOY SH200视频检测系统对零件的各微小部位进行放大观察，观察其表面形貌。
[0032] (4)表面粗糙度检测仪器：
[0033] 采用型号NT1100光栅表面粗糙度测量仪对工件加工前后的通道内表面的表面粗糙度进行检测，NT1100光栅表面粗糙度测量仪可以通过对加工表面的测量呈现表面粗糙度的三维测量图，测量范围从亚
纳米级粗糙度到毫米级粗糙度，其检测快速，具有高
分辨率和高重复性，保证了对工件表面粗糙度测量的准确性。
[0034] (5)电子探针显微分析仪：
[0035] 为更好观察加工前后的内面加工效果，当加工完成时还需要利用电子扫描电镜对工件的加工表面进行检测观察。实验采用日本电子生产的JEOL JXA-840电子探针显微分析仪，它可以用来检测材料的化学成分定性或定量分析以及组织形貌的检测。
[0036] 磨粒流加工的材料：是以伺服阀阀芯喷嘴为研究对象，在室温条件下，采用自行研制的
研磨液对喷嘴进行加工实验，研磨液载
流体采用的是航空液压油，固体颗粒采用
碳化
硅颗粒。
[0037] 工件要求：
[0038] 喷嘴是伺服阀阀芯前置级的重要零件，它可以和
挡板结构构成可变节流孔，可以实现对阀芯的位移控制。喷嘴是一种小型的精密回转体零件，外圆尺寸分为 和两种，内孔尺寸为 和 两种，射流小孔直径为 小孔的长度为0.3-0.5mm，总长度为6-20mm，且喷嘴具有很高的尺寸精度、形位精度以及表面粗糙度。其结构图如图1所示。
[0039] 喷嘴要求在一定的压力条件下，喷嘴小孔在70mm范围内的射流液流成柱状，无散射、斜射、螺旋等
缺陷，成对使用的喷嘴的小孔流量差值要控制在±2％以内。这决定了小孔尺寸的一致性、孔内微小毛刺的去除、内孔粗糙度以及圆度等要满足很高的要求。
[0040] 喷嘴零件材料属于难加工材料，现如今对喷嘴小孔的加工主要采用的是精密
车床钻铰方法进行加工，但是由于小孔直径小，材料难加工，小孔尺寸及形位公差要求高，加工不易保证；射流小孔与通油孔相交处毛刺难以去除干净，容易造成喷嘴射流散射和螺旋；且小孔尺寸和通油孔尺寸过小，没有适合的工具对其相交处进行毛刺去除。综上所述，喷嘴小孔的加工合格率低，加工效率低，依据磨粒流加工技术的加工特点，可以对喷嘴加工出现的问题进行改善。
[0041] 实验研磨液：
[0042] 本次实验加工采用的是自行研制的研磨液，载流体为航空液压油，固体颗粒为碳化硅颗粒，根据加工工件的尺寸大小和加工工况，选用合理的颗粒直径按照一定的比例进行配置。
[0043] 实验结果与讨论：
[0044] 本实验主要是利用磨粒流加工技术对伺服阀阀芯喷嘴进行微小孔径通道内表面的抛光加工，实验结束后，为了对其通道内表面的检测，首先需要将已加工工件线切割，零件清洗之后，然后采用相应的检测仪器检测工件内表面的表面粗糙度以及表面形貌和工件的元素成分。
[0045] (1)实验工件
[0046] 主要验证磨粒流加工的有效可行性，需要采用各种检测手段来获得喷嘴内表面的检测数据，观察其加工通道的内表面质量。因伺服阀阀芯喷嘴的内部通道狭小细长，尤其是喷嘴小孔区域，所以实验加工结束后需要采用线切割机床进行零件的切割剖面，然后才能将切割后的零件进行各种环境下的内表面检测。
[0047] 通过对局部放大图的分析发现，加工前的喷嘴零件的内表面粗糙，不光滑，尤其是喷嘴小孔区域，加工后的喷嘴不论是加工通道内还是喷嘴小孔区域其内表面有些改善。为了能更好的对比分析加工前后喷嘴内表面的质量，本发明又采用了不同的检测手段对其加工内表面进行检测：使用高倍显微镜对喷嘴小孔区域进行检测；使用NT1100光栅表面粗糙度测量仪检测加工表面的表面粗糙度；使用JOEL JXA-840电子探针显微分析仪检测加工表面的表面形貌以及对加工表面的成分分析。
[0048] (2)高倍显微镜下的检测结果分析：
[0049] 采用Nikon SMZ 745T主要是针对伺服阀阀芯喷嘴小孔区域的表面测量，在不同的放大倍数条件下观察伺服阀阀芯喷嘴加工前后小孔区域的成形样貌，通过观察对比小孔区域的表面形貌以此判断磨粒流加工技术的加工效果。因其实验数据颇多，无法一一论述，在此只选取了一组喷嘴小孔加工前的测量结果和两组喷嘴小孔加工后的测量结果，其喷嘴小孔区域的检测结果如图2、图3所示。
[0050] 从未加工喷嘴小孔的样貌图可以看出，喷嘴小孔区域位置凹凸不平；从已加工喷嘴小孔的样貌图可以看出，喷嘴小孔区域位置光滑平整。通过对比分析喷嘴小孔区域加工前后的样貌图可以得知，磨粒流加工技术可以改善小孔区域的毛刺现象，对其凹凸不平的表面进行光整加工，以此改善微小细孔的内表面质量。
[0051] 在高倍显微镜下对喷嘴小孔区域的检测，只可以观察出喷嘴区域的大体样貌，还不能准确的分析磨粒流加工技术的加工效果，尤其是在喷嘴通道内表面的加工效果，还需对其进行进一步的检测。
[0052] (3)表面粗糙度的检测结果分析：
[0053] 本发明在经过线切割后的实验工件内表面选取3个试验点分别进行测量，利用NT1100光栅表面粗糙度测量仪随机安装的软件获得了工件加工表面粗糙度的二维、三维形貌图以及相关数据。
[0054] 通过比较各试验点的检测结果发现：在第一个试验点处，零件内表面的初始粗糙度数值为743.93nm，经过磨粒流抛光加工后其粗糙度数值变为571.64nm；在第二个试验点处，零件内表面的初始粗糙度为823.07nm，经过磨粒流抛光加工后其粗糙度数值变为735.24；在第三个试验点处，零件内表面的初始粗糙度数值为1.1um，经过磨粒流抛光加工后其粗糙度数值变为721.09nm。
[0055] 从上述二维表面形貌图中喷嘴加工前后表面粗糙度数值的变化可知，经过磨粒流加工技术抛光后的零件内表面的表面粗糙度数值变小；从三维表面形貌中看出未加工零件表面的红色区域明显，红色区域表征的是此处表面粗糙度大，表面突起的峰值较大，加工之后的零件表面红色区域减少，表明了被加工表面的材料经过磨粒流磨削将突起的表面材料去除，所以其表面突起峰值减小。综上所述，经过磨粒流加工技术后，伺服阀阀芯喷嘴的加工表面得到改善，其内表面光洁度变好，表面粗糙度数值满足零件使用的要求。
[0056] (4)表面形貌的检测结果分析：
[0057] (a)表面质量的验证分析
[0058] 采用日本电子株式会社生产的JXA-840仪器检测零件加工前后的表面形貌，在伺服阀阀芯喷嘴的加工通道内选取4点位置，利用JXA-840仪器对加工表面微观形貌进行1000倍、2000倍下观察。
[0059] 通过观察在JXA-840仪器的1000倍放大倍数条件下的伺服阀阀芯喷嘴内表面的表面形貌图，对比发现，经过抛光加工后的零件内表面形貌发生改变。未加工过的喷嘴零件的内表面为传统加工状态下，喷嘴内表面粗糙、峰谷高低起伏、不平整，虽然其表面纹理不是特别紊乱，但是表面带有深浅不一的划痕和一定数量的夹杂碎屑；经过磨粒流抛光磨削的表面相貌，磨料介质以微磨削的方式实现了加工表面材料的去除，加工之后的内表面纹理清晰、平缓而致密，原本存在的划痕消失不见，表面质量获得改善。综上所述，磨粒流加工技术以磨料介质的微磨削方式实现了对加工表面的光整加工，获得了良好的表面粗糙度，喷嘴内表面的表面质量获得改善。
[0060] (2)小孔区域的预测验证分析：
[0061] 颗粒对各加工区域的磨损量因模型尺寸和流场内连续相与离散相性质的影响而不同，小孔区域的磨损量与其他部位的相比，磨损量较大，所以预测磨粒流加工技术在小孔区域位置的加工效果比其他部位较好。通过对比发现，传统工艺对小孔区域的加工质量不是特别好，这主要是因为小孔的尺寸太小，传统工艺无法对小孔进行精加工。经过磨粒流光整加工后，不论是喷嘴主干通道内表面还是喷嘴小孔区域表面都有改善；通过对比主干通道和小孔区域的表面形貌图显示阀芯喷嘴小孔部位的表面形貌比主干通道的光滑平整，这是由于喷嘴部位与主干通道尺寸差异所导致的流场湍流和颗粒磨损率的不同，所以零件各位置的磨粒流加工效果有所不同，与实验仿真分析中对小孔区域的加工预测是一致的。
[0062] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
