磨料流加工的优质介质-译文

1、磨料流加工的优质介质磨料流加工(AFM)在清理毛刺,减小径向误差,磨光和清除重融层等方面有广泛的应用。半固体的材质在工件材料表面流动完成加工。在这项研究中AFM所用的介质已经从各种粘弹性载体和成熟的实验对比中发展出来。粘弹性媒体选择依据现有的媒体通过通用的试验机和流变仪进行热重分析、机械、以及流变属性的分析。介质的性能评估双向AFM标准完成设置。实验表明,苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)可以改善表面光洁度。表面改进的88%是通过SBR媒体。还发现,应变、温度、剪切速率、时间压力、循环荷载等机械影响和新开发的介质的流变特性,最终由介质在工件上表现不同的性能。1介绍随着技术不断不进步，要求加工更加复杂曲

2、面,传统工艺难以满足要求。磨料流加工AFM是一个高效的和商业化的非传统的加工过程。AFM是用来清理毛刺,磨光，清除重融层,和利用压力来加工内部边缘等难以达到的材料位置。机床、夹具和媒体是AFM中的主要元素。这一过程是通过挤压一个在工件表面的半固体由聚合物作为载体一个磨料。当进行挤压，磨料失去自由移动的能力而变成一种那个磨削工具。这种统一有序的运动通过切割、摩擦等方法磨去金属材料表面的突起，根据不同材料选取不同方式。因此它是一个多点切割过程,有一个非常低的材料去除率1。丰富的工程已经进行了建立参数关系以及它们对材料去除和表面效果光洁度的影响。罗兹2-5利用各种方法研究了影响AFM的性能参数即，挤

3、出压力，流量，流量速度，介质粘度，工件的配置和磨料的流动模式。其他因素，例如，磨料浓度，磨料尺寸，和循环次数，也影响AFM6,7的性能。威廉姆斯等人8研究多个种类孔的加工，并发现与外通孔进行比较，30以上的金属已被从中心删除。在原子力显微镜下，罗夫莱斯等 9发现AFM与平面磨削在材料去除机理上有相似性。文献综述也意味着已经有大量工作用于建模通过启发式方法和优化不同的目标10-19。该介质是AFM的重要部分。许多研究人员已经在努力弄清楚介质的性质及其在加工过程中的行为特征。弗莱彻和同事18,19观察该市售中聚硼硅氧烷等粘度等级(PBS)根据媒体向流性的性质，研究热属性。戴维斯和弗莱彻20得出的结

4、论是温度是AFM一个重要变量。奥利吉纳尔等21研究AFM过程中介质的流变性质。尽管商业化的建模和性质媒体AFM被广泛的研究,还没有试图研究或开发替代媒体容易获得,和低成本制造技术。除了这些目标,它也知道终点/二次操作也会增加吗总生产成本。在这种情况下为AFM过程开发另一种介质完成上述目标。对于介质的发展，相比现在使用的，选择合适的可替代的材料是很重要的。有三个基本原因说明这些都是必要的。首先，选择的成分应该与现有介质具有相同或相近的特性，因为功能要求都是相同的。其次，各成分必须是彼此相容，便于制造。第三，必须成本低廉。在选择介质时也应牢记其物理性质必须稳定。一个显著量剪切应力会在AFM过程中介

5、质的流动过程传递。如果在介质的流动中应力损失，该介质不能作为粘结剂保持磨料颗粒，这是为什么介质物理性质的稳定是重要的。除了该标准，它的化学性质与其它成分相容，如果介质是不用磨料颗粒相容，它不能充当粘合剂。同时介质不应该与磨料颗粒和工件发生反应，这就是为什么化学成分是至关重要的。大量的文献调查报告说，商用的AFM介质包括作为载体的粘弹性的材料、负责去除材料的磨料颗粒和一些可能用到的特殊的添加剂。由于对这种材料的性能没有划定基准，这将有助于开发一个新的介质用于替换现有的材料。它对研究人员是一项挑战，开发比现有材料更好的新的介质。在这种情况下进行逆向分析了解介质的组成和特性。热分析（TGA）分析商用

6、介质的成分。磨料颗粒的类型是由X射线衍射（XRD）研究鉴定。傅立叶变换红外（FTIR）光谱法被用来确定介质的载体类型。除了这些，研究中还有分析其他介质特征，通过机械性能，如模量，撕裂强度和滞后损耗，和流变性能，例如瞬时粘度/剪切粘度，蠕变柔，和复数粘度。这些结果总结在表1中。研究人员获得的表面光洁度也包括在表1中更好地理解。这是一个暂定的基线，将被用于开发一种新的介质要记住的是，在这项研究中的碳化硅磨料和五种不同的容易获得成本低的橡胶已被选定为开发介质。很容易理解所有这些橡胶不与工件发生反应和磨料颗粒。介质的表现已经通过表面处理的制造标准的评估在实验室的双向AFM设置22中和他们获得的性能水平

7、被各种材料特性证明合理。2材料2.1磨料 磨料的功能是作为一个切割工具或从工件去除材料。因此对研磨介质的基本功能要求如下：(1)磨料应该比工件硬(2)它应与载体表面和加工油有亲和力。表1表明，商用介质含有金刚石颗粒作为磨料。由于开发的目标介质是容易获得，成本低，所以金刚石颗粒不会在这项研究中被考虑。220网目尺寸的碳化硅（sic）用于本实验中，已经从印度的M / S中央科学仪器公司收到。它也被其他研究者使用1,610,19,21。2.2载体 大量的文献调查表明，商业用途的载体是硅或聚硼硅氧烷9,23,24与PBS载体是不可用橡胶弹性体，这就是为什么它未在此研究中使用。此外这一点笔者想指出的是，

8、这种PBS商业材料被称为弹跳腻子。这种腻子被广泛用于AFM，但成本也太高。因为我们的目标是开发易于获得介质，并且低成本，所以这不在本研究中考虑。但硅基载体，也被称为硅橡胶，适用于此。在载体的选择，它也被保持记住(a)该介质应该是稳定的机械和化学性质（b）它应与磨料颗粒和加工油相容。这次研究中的载体是(1)天然橡胶（NR）等级橡胶制造商协会4？RMA-4？从印度的M / S橡胶局获得; （2）乙烯 - 丙烯 - 二烯类单体（EPDM）从美国的M / S尤尼收到橡胶化学品; （3）丁基橡胶（IIR）由台湾的M/ S的化疗供给工业公司; （4）硅橡胶（Si）从印度M / S S. R.化工获得;（5

9、）苯乙烯 - 丁二烯橡胶（SBR）从印度M / S的合成和化学品有限公司获得。NR，EPDM，IIR，硅，和SBR的化学结构示于图1-5，分别为25。2.3加工油 环烷油作为加工油，并由印度M/ S的SR化学提供。它作为润滑剂，减少生橡胶，即载体的粘度。它NR，IIR，SBR，Si和EPDM25所有的这些载体相容。2.4工件 精加工所用工件是由铝和钢制成的（EN8）测量的具体重力，硬度，杨氏模量，极限抗张强度，屈服强度和模式I断裂韧度（KIC）铝是2.7，44.12 VHN，69GPa，110MPa，95MPa，22MPa m1 /2，分别，而钢具有的比重7.8中，237.31 VHN硬度，杨

10、氏模量为205GPa，最终拉伸强度653MPa，580MPa屈服强度，和模式I断裂韧度（KIC） 68MPam1/2。3介质和样品制备介质的制造从咀嚼载体的粉碎开始按照ASTM D3182-89（R04）E01（ASTM D3182）在25-50温度范围内的1：1.1的摩擦比。虽然我们并没有测量表面这些成分的性质，我们没有发现磨料颗粒和加工油和载体在融合后有任何解体的迹象。介质组成（wt）在目前的工作中一直保持不变，其中所述载体的成分（除了硅橡胶，因为它可以取代工作油相容与研磨剂）,即68的磨料，20的载体，12的处理油（暂定成分已通过逆向分析工程（热重分析）得出，由M/ S挤出油石公司提供在

11、逆向工程中使用的介质，表1），热图是这里未示出。仅在一种情况下，媒体的组合物由78的磨料，8的加工油，以及14的载体。对于媒体的绩效评估，标本从铝和钢的平坦几何表面分别通过精密加工制作，并确保免于任何一种表面缺陷。初始表面粗糙度？镭？的钢铁和铝工件是1.24±0.2微米，5.03±0.5微米，分别。表面粗糙度值保持内在±5%内。4 介质特性介质的特性表现为两个方面。机械性能在静态载荷下测定（没有循环荷载）并遵循表2中的标准。流变性能在动态条件（类似AFM过程的循环载荷）下测定。静载实验的样本是用特定模具通过液压机制作的。动载实验的样本也是用同样的方式制作出来的。4

12、.1机械性能 拉伸系数为25，50，75，和100的样品根据ASTM D41298(AR02) E01哑铃形样本测试方法测定（ASTM D412）。样品沿纹理方向使用BS-E型成型片材轧机哑铃刀模打孔。样品精密部分的厚度使用台式数显测厚仪进行测定。测试共进行了兹维克/罗尔Z010万能试验机（UTM）接口与一台计算机。所有测试均在一的0.189秒-1的应变速率和25-55的温度下进行。撕裂模用的无缺口90度角度的同时测量撕裂测试样品？死C 2按照ASTM D 624（00） E01（ASTM D624）滞后损耗 （W）限定为电能的量消散环状变形期间，从该区域确定W1（伸展过程中所做的功）回缩期间

13、和W2（回缩过程中所做的功）当标本拉伸到一定程度然后使其缩回以相同的速率对未拉伸状态。它在拉伸哑铃（ASTM确定D412-80，2型模）在25的温度，0.189秒-1的应变速率，和应变的使用Zwick /罗尔Z010 UTM 5-50的水平配备有环境室？ASTM D 412 ?.该样品在预处理中兹维克室为600秒实验温度。然后，将样品安装在机械夹具44×10-3米开并且负载调节给予零张力。在温度控制在下±0.5。将样品预先延长到0.1处的N的应变速率0.023秒-1，然后进一步向上延伸到所需的应变水平在的0.189秒-1的应变速率。笔者想说明的是，虽然该材料是处于半固体状态

14、，它保持它的原始的几何结构。在测试过程中不变形观测。常规夹紧系统被用来测量机械性能。在除此玻璃纸用在抓持点阻止裂纹的萌生和扩展，从的夹持区在测试过程中试验样品。再次笔者想提一提这玻璃纸在没有压力做出贡献测量机械性能。4.2流变性能 流变学特性，即瞬时粘度/剪切粘度，复数粘度和蠕变合规性媒体，是由一个Bholin流变仪？CVO-100，博林仪器有限公司，UK？在一个平行板 - 板配置。实验研究，进行了两个动态并在27的温度下稳定的剪切条件和在以下标准的方法的剪切速率为0.001秒-1至100秒-1？26,27？我们用板15毫米直径，样品厚度为2毫米。将样品保持在这两者之间板。一个板固定;另一种是

15、旋转的。应力，剪切率，温度和应变速率是通过一个控制控制器。蠕变柔下蠕变模式中测得。该试样被放置在流变仪的平行板之间。50立方厘米的氮吹扫/分钟使用。热电偶放置在靠近样品。组合炉被提高，加热至试验温度。一个小的重量加入到该样品装载托盘和短时间后除去。大约零负载施加在样品上。的时间和温度应刚好足以允许样品“模具”进入板面，而不会导致在任何显著改变样品高度。将样品加热到试验温度。什么时候温度是稳定的，重量降低到样品装载盘和样品高度对时间被记录。对于此报告的研究中，4.91？104达因力？50.1克负荷？施加到样品，从而产生一个初始2.40？0.04？104帕？3.48？0.06磅的压力？快速记录送纸速度被用于实验的早期部分。一种计算机程序，用来将数据转换为蠕变柔由方程（1）。其中J？T 2 V，F，H和H0是蠕变柔量，样品体积？恒？作用力，初始样品高度？=板分离在t = 0？和试样高度t时刻之后施加负荷，分别。输入到计算机是displacementtime数据，仪器的灵敏度，室温样品高度，以在加热样品高度于温度的变化，样品的直径，