液流悬浮超光滑加工中流体动压力对加工效果的影响

建立了基于数控装备的液流悬浮超光滑加工系统,研制了可控制加工压力的柔顺加工装置。应用流体动压理论分析了液流悬浮超光滑加工过程中的流体动压力分布规律,研究了工具转速和加工间隙对流体动压力的影响规律,并通过实验得到了加工间隙和流体动压力对加工效果的影响规律。结果表明,随着工具转速的提高,流体动压力逐步增大,在工具转速为6000 r/min 左右时流体动压力达到最大值,然后又逐渐减小。随着加工间隙的增大,流体动压力逐步降低,并最终趋于稳定。加工间隙在5-40 µm时,加工效果比较明显。在工具转速为6000 r/min 左右、加工间隙在10 µm附近时,流体动压力增强为5N左右,加工效果最佳。     

硅晶片的液流悬浮超光滑加工机理与实验

建立了基于机器人的液流悬浮超光滑加工系统。配置出了适用的悬浮加工液,通过对硅晶片的大量加工实验研究,得到了加工时间、工具转速和粒子浓度对工件表面质量的影响规律。实验结果表明:当加工时间在60 min、工具转速为6 000 r/min上下、粒子浓度为30 g/L左右时,加工效果最佳。加工后的硅晶片表面粗糙度Ra能达到1.55 nm。深入分析了液流悬浮超光滑加工的去除机理,硅晶片的液流悬浮超光滑加工是机械冲击作用和化学作用的综合结果,加工液中的磨料颗粒有对工件表面的机械冲击作用和对化学反应的催化作用。理论分析和实验结果表明,通过采用液流悬浮加工新技术,可以实现对半导体材料硅晶片的纳米水平的超光滑加工,获得表面无塑性变形和晶格缺陷的纳米精度表面。     

约束磨料流体抛光特性的仿真及实验研究

为了研究约束磨料流体抛光的流场特性,基于Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立限控轮与工件加工区流体动压力的三维数学模型,利用Matlab软件对流体动压力进行仿真计算。结果表明:约束磨料流体抛光时流体动压力与最小间隙成反比,与限控轮的速度成正比,最大压力峰值发生在限控轮与工件最小间隙区域,同时在该区域压力梯度变化明显。对K9玻璃进行约束磨料流体抛光实验研究,实验结果表明:减小限控轮与工件的最小间隙,提高限控轮的速度,均能够有效地提高玻璃的表面质量。结合仿真和实验结果,表明在一定的条件下,随着楔形加工区动压力的增加,磨粒在接触区所获得的能量越高,玻璃的表面质量相应得到提升。     

切削液对深孔直线度的影响分析与应用

利用切削液流体Reynolds公式和其引起的钻杆弯曲变形、倾角方程,建立了深孔加工直线度误差方程,揭示了流体入口压力、钻杆转动、涡动、挤压与深孔直线度之间的关系。指出在切削稳定状态下,减小流体入口压力,增加钻杆转速、减小钻杆涡动速度或者减小钻杆挤压速度均可改善深孔直线度。设计了新型多级喷射装置,通过增设分流腔和喷射级数来降低入口压力,可有效减小深孔直线度误差。设计了挤压油膜阻尼器(squeeze film dampers,简称SFD),利用油膜阻尼力减小深孔钻杆的涡动与挤压运动,来提高深孔加工直线度。试验了多级喷射装置和SFD共同作用下的深孔直线度误差,验证了钻杆在较低流体入口压力、较小涡动和挤压作用下加工的深孔有更好的直线度,为控制深孔加工直线度误差给出新的思路及设计方案。     

模具液流悬浮抛光动态参数研究

为解决模具复杂型腔及异形孔自动化抛光问题,首先建立了模具液流悬浮抛光系统,开发了液流动压力监测平台,实现了抛光工具位置及转速控制;之后结合液流动压理论,分析了模具材料去除模型,获得了流场与压力分布规律;接着通过试验研究了转速和间隙对液流动压力的影响规律;最后优选了6 000 r/min转速和60μm间隙对模具工件进行了...     

磨削加工中磨削区流场的数值分析

基于动压润滑理论,建立了浇注法方式下磨削区流场的光滑数学模型并利用多重网格法计算出了磨削区流场的动压力和流体速度;在光滑模型的基础上建立了考虑砂轮和工件表面粗糙度的粗糙模型并利用多重网格法得到该模型下的解.结果表明:粗糙模型得到的磨削加工区流体的动压力及流速曲线是不光滑的,但光滑模型和粗糙模型的解吻合较好.     

磨削区磨料流体动压力仿真研究

根据Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工中砂轮/工件楔形接触区磨料流体动压力的数学模型;进行了砂轮速度、砂轮/工件平均最小间隙以及砂轮直径对楔形区磨料流体动压力影响的仿真研究。结果表明,流体动压力随砂轮速度的提高和平均最小间隙的降低而增加,最大压力峰值发生在砂轮与工件平均最小间隙区域,且在该区域压力梯度变化明显;除了在砂轮宽度边缘产生侧泄外,在砂轮宽度方向流体动压力分布规律相同;随着砂轮与工件之间平均最小间隙的减小,动压力峰值区域曲线变窄,砂轮直径对流体动压力影响不明显。     

液流悬浮加工的工艺参数研究

提出了一种液流悬浮研抛加工的新工艺方法,开发了基于三坐标数控铣床的液流悬浮研抛试验系统.通过分析研抛过程的影响因素,确定了以研抛液介质、磨料(SiC)浓度、研抛头转速和研抛时间作为试验考察对象,并对光学玻璃K9进行研抛加工正交试验.试验结果证明了利用液流悬浮纳米磨料的方法可以实现光学晶体材料的亚微米去除和超光滑表面加工,并给出了各影响因素的优选结果.     

基于Reynolds 方程的磨削流体动压特性的研究

由于旋转砂轮与工件表面之间存在楔形间隙,当磨削液进入楔形区域后,就会产生磨削流体动压力。以流体动压润滑理论的Reynolds方程为依据,推导出描述平面磨削时磨削流体动压力方程。采用VB和MATLAB混合编程开发出磨削时磨削流体动压力场的计算软件GRWHP。该仿真软件可用于计算磨削流体动压力的分布及磨削流体动压力对砂轮的法向作用力,且仿真结果与实验结果相符。仿真结果表明:最大磨削流体动压力产生于最小间隙附近,且位于磨削引入区内;最大磨削流体动压力随着砂轮转速的提高而增大,随着最小间隙的减小而增大。     

液动压悬浮抛光盘的设计及抛光液动压分布研究

提出一种液动压悬浮抛光加工新方法,该方法是基于流体动压润滑理论,以高速转动的抛光盘带动抛光液及其磨粒对工件表面进行加工。针对动压浮离抛光过程中存在的表面压力分布不均的问题,在动压浮离抛光盘的基础上加入约束边界和蓄流槽,设计一种新型抛光盘,实现了液动压悬浮抛光。利用CFD软件对抛光盘与下盘面间的流场进行数值模拟,得出动压浮离抛光盘和新型抛光盘底部流道的液体压力分布。结果表明,新型抛光盘能够能提高加工区域的流体压力,并能使流体压力的分布相对均匀。     

线性液动压抛光加工的流体动压特性研究

基于流体动压润滑原理提出了线性液动压抛光加工方法。借助计算流体力学数值模拟,研究了抛光辊子结构和加工工艺参数对液动压力大小及分布均匀性的作用规律。结果表明：具有矩形微结构的抛光辊子可以在工件表面产生均匀的液动压力;更大直径的抛光辊子、更高的转速和更小的抛光间隙都可以获得更大的流体动压力,但同时也会使液动压力分布均匀性变差。搭建实验平台并进行抛光实验,线性液动压抛光加工后,K9玻璃表面粗糙度Ra值从45.41 nm降低到0.91 nm。     

单晶硅自由磨料线锯切片过程中的流体动压效应

基于流体动压理论,研究了单晶硅自由磨料线锯切片过程中的流体动压效应。通过自柔顺系数来体现锯丝各节点受径向力作用下所产生位移的差异,并以此建立了油膜厚度方程。运用有限差分法求解二维Reynolds方程,得到了流体动压力及膜厚的分布曲线。分析讨论了工况参数对最小油膜厚度的影响,表明最小油膜厚度随着走丝速度及研磨液粘度的增加而增加,随着锯丝转角的增加而减小。     

调速型液力偶合器制动工况流场分析

基于三维多相流动理论和计算流体动力学(CFD),对调速型液力偶合器制动工况下的非稳态两相流动进行数值模拟。结果表明:泵轮流道的压力分布较规律,沿径向成比例逐渐增大,而涡轮流道的内部流动则较复杂;涡轮吸力面出现了小范围的不规则流动现象;中间轴面的速度分布较复杂,涡轮速度小于泵轮速度;Interface中部的低速区出现降低偶合器效率的二次流。对调速型液力偶合器制动工况进行流场分析,揭示其泵轮和涡轮的流场流动规律和特性,有助于指导液力偶合器的设计,提高偶合器的性能。     

CFD investigation of the influence of volute geometrical variations on hydrodynamic characteristics of circulator pump

Improper design of volute geometry can be the main cause that leads to unsteady pressure pulsation and radial force in pumps. Therefore, it is important to understand the influence of volute geometrical parameters on hydrodynamic characteristics of pump and the mechanism. However, the existing studies are limited to investigate the influence of only one or two volute geometrical parameters each time, and a systematic study of the influence of the combinations of different volute geometrical parameters on the pump’s hydrodynamic characteristics is missing. In this paper, a study on the understanding of the influence of volute geometrical variations on hydrodynamic characteristics of a high speed circulator pump by using computational fluid dynamics(CFD) technology is presented. Five main volute geometrical parametersD3,A8,a0,j0 andRt are selected and 25 different volute configurations are generated by using design of experiments(DOE) method. The 3D unsteady flow numerical simulations, which are based on the SSTk-w turbulence model and sliding mesh technique provided by CFX, are executed on the 25 different volute configurations. The hydraulic performance, pressure pulsation and unsteady radial force inside the pump at design condition are obtained and analyzed. It has been found that volute geometrical parametersD3 andA8 are major influence factors on hydrodynamic characteristics of the pump, whilea0,j0 andRt are minor influence factors. The minimum contribution from bothD3 andA8 is 58% on head, and maximum contribution from bothD3 and A8 is 90% on pressure pulsation. Regarding the pressure pulsation intensity, two peaks can be found. One is in the tongue area and the other is in the diffusor area. The contributions are around 60% from tongue and 25% from diffusor, respectively. The amplitude of pressure pulsation has a quadratic polynomial functional relationship with respect toD3/D2 andA8/A10, and fluctuating level of radial force has a quadratic polynomial functional relationship with respect toD3/D2. While for the other volute parametersa0,j0 andRt, no special function has been found related to pressure pulsation and radial force. The presented work could be a useful guideline in engineering practice when designing a circulator pump with low hydrodynamic force.     

微细游离磨粒借助流体动压力实现的超精密加工技术

精密加工是先进制造方法的重要组成部分，利用微细游离磨粒进行陶瓷、玻璃、半导体等光学零件的超精密加工，不仅可获得高的表面质量，微米级的形状精度和纳米级表面粗糙度值，而且还可得到无加工变质层超精密加工表面。这里主要论述了流体动压力实现的条件及动压浮起平面研磨、浮动抛光、弹性发射加工以及砂轮约束磨粒喷射加工等微细磨粒借助于流体动压力实现超精密加工技术。     

偏导射流伺服阀前置级温度特性

利用Fluent软件对偏导射流伺服阀前置级流场进行三维数值模拟,对衔铁组件进行热流固耦合仿真模拟,根据模拟结果分析了入口油温不同时,左右接收腔压力、前置级液动力、黏性热效应以及各组件尺寸的变化情况.通过对比不同入口油温下流场的压力分布,发现温度升高会引起左右接收腔压力升高;左右接收腔压差随温度变化的曲线表明,前置级受到...