多角度弯曲管磨粒流加工数值模拟研究

采用磨粒流加工工艺对多角度弯曲管内表面抛光过程进行数值模拟研究。利用FLUENT软件研究了不同弯曲角度下入口流速、磨料浓度对磨粒流抛光工艺过程的影响,得到了入口流速、磨料浓度对弯管局部压差、进出口压差、湍流强度等参数的影响规律。对压力和速度的整体作用效果进行了分析,得出了磨粒流抛光细长管类零件内表面的适宜工况。在此基础上,进行了磨粒流抛光过程热量积聚的非稳态模拟,模拟结果表明加工过程中温度变化较小。研究结果为实际磨粒流加工提供了参考。     

喷油嘴微孔磨粒流抛光数值模拟与试验

以喷油嘴喷孔为研究对象,采用kε固液两相Mixture湍流模型对磨粒流抛光过程中流场分布规律进行数值模拟,并通过正交试验探索了抛光压力、磨料浓度、磨粒粒径及加工时间等工艺参数对被抛光微孔表面粗糙度的影响规律。结果表明：喷油嘴微孔磨粒流单向循环抛光加工有利于改善喷孔结构;流道表面粗糙度与各加工参数均成负相关关系,且受抛光压力及磨料浓度影响显著。通过试验获得了最优参数组合,在此条件下喷油嘴微孔表面粗糙度值(Ra)由初始的1.16μm降至0.20μm。     

深孔钻表面磨粒流抛光精化工艺与应用

以深孔钻为研究对象,研究磨粒流抛光对刀具表面的影响因素,并对传统磨粒流抛光工艺进行优化,提出刀具旋转抛光方案,并通过正交试验研究抛光压力、刀具转速、加工时间、磨料浓度等工艺参数对刀具表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:磨粒流抛光可以有效改善刀具表面质量,并显著改善深孔钻的排屑能力,进而有效提高刀具的切削性能。     

基于RNGk-ε模型的大曲率弯管的软性磨粒流加工仿真与实验

针对微小尺寸、大曲率弯管结构化内表面难以使用工具进行接触式光整加工的问题。该项目提出了一种使用软性磨粒流加工此种类型弯管内表面的方法。为了验证理论分析的正确性,基于RNG k-ε湍流模型对加工过程中整个流道内部进行仿真实验。并搭建了实验平台进行加工实验,以验证仿真结果的可靠性。仿真的结果表明,磨粒在弯管内处于无规则的运动状态,并且弯管内部的内、外两侧壁面存在着明显的速度差和压力差,并且随着入口压力从2.0MPa增大至3.0MPa,内部压力与速度也随之增大。在加工实验中,对工件进行加工前,工件内表面各点粗糙度都相对较大,因此平均粗糙度也相应较大,大约为1.072μm。工件加工一段时间后,整个内表面的光整度变好,而且伴随着入口压力的增大,加工效果变好,表面粗糙的均匀程度提高,光整性也逐渐提高,可达0.450μm。加工实验结果证明磨粒在近壁区的切削痕迹确实呈无序化的运动形态,与前期的数值仿真结果相吻合。理论分析,仿真实验与加工实验共同为软性磨粒流实现微小尺寸、大曲率弯管的无工具精密加工提供了理论和现实依据。     

基于Preston方程的软性磨粒流加工特性

针对模具的细小尺度结构化表面难以进行光整加工的问题,提出一种基于固—液两相软性磨粒流精密加工新方法。利用软性磨粒流的湍流壁面效应,并配以约束模块,能够实现对模具结构化表面的无工具光整加工。基于对Preston方程及其修正系数的分析研究,确定了软性磨粒流加工中的颗粒选择条件,并得到适用于软性磨粒流的切削经验公式。采用可实现k-ε湍流模型以及SIMPLEC算法,对软性磨粒流的压力、速度分布及运动曲线进行数值分析;通过对不同规格颗粒对壁面的压力进行仿真研究,得到适用于软性磨粒流加工的最佳颗粒尺寸。基于上述理论分析与数值模拟结果,搭建软性磨粒流加工试验平台,进行不同入口条件下的加工对比试验,并详细分析入口条件对工件表面形貌的影响。试验结果表明,软性磨粒流加工方法可以实现细微尺寸结构化表面的光整加工,有效提高加工的精度。     

钛合金薄壁曲面液态金属-磨粒流加工仿真与试验研究

针对钛合金薄壁曲面工件磨粒流抛光后表面粗糙度分布不均匀的问题,提出一种基于液态金属的磨粒流加工方法。基于SST k-ω模型、OKA冲蚀模型,流体流动颗粒追踪模型,采用COMSOL有限元软件对不同电场布置下的液态金属-磨粒流动力学特性开展深入研究。仿真结果表明,通过电场的合理布置可以控制液态金属颗粒在流场中运动;合理的电场布置可以有效提高工件表面加工均匀性,并通过仿真得出了一组冲蚀较好的试验参数。基于仿真结果开展了液态金属-磨粒流加工试验,试验结果表明：液态金属-磨粒流加工方法可有效提高工件表面加工的均匀性。在加工14 h后,不加电场的磨粒流加工表面不同区域的粗糙度分布不均,工件凹陷处粗糙度明显大于凸起处,各区域表面粗糙度极差达到66.1 nm。使用液态金属-磨粒流加工后的工件表面各区域粗糙度的均匀性明显提高,各区域表面粗糙度极差减小为20.3 nm,为液态金属-磨粒流加工的开展及其调控提供了理论和试验依据。     

磨粒流加工壁面效应研究

数值模拟了圆柱内表面的初始粗糙度、入口流速和内孔直径对壁面流场压力、局部压差及剪切力的影响规律,分析了入口处流场速度和剪切力的形成过程,从磨粒切削作用角度剖析了圆柱内表面入口处过抛现象的形成原因,结合磨粒流加工试验揭示了各参数对壁面效应的影响规律。理论分析和试验结果表明：增大圆孔直径或减小入口流速能有效改善磨粒流流场压力的均匀性,初始表面粗糙度对流场压力数值及其局部压差有微弱影响;入口处圆孔壁面速度突变引起剪切力突变,从而导致磨粒流加工过抛现象;初始表面粗糙度Ra=0.296μm时有利于减弱磨粒流加工的壁面效应,而Ra=4.273μm时有利于提高材料去除速率。     

基于响应曲面法的YG8硬质合金刀片化学机械抛光工艺参数优化

为了快速确定YG8前刀面抛光的最佳工艺参数,提高加工效率和精度,利用响应曲面法对YG8硬质合金刀片抛光工艺进行优化试验研究。通过单因素试验确定抛光转速、抛光压力、磨粒粒径和磨粒浓度的水平,并对4个工艺参数进行中心复合设计试验。建立了材料去除率RMR和表面粗糙度Ra的预测模型,基于响应曲面法优化工艺参数获得最佳工艺参数为抛光转速65.5 r/min、抛光压力156.7 kPa、磨粒粒径1.1 μm、磨粒浓度14%,此时得到了最小表面粗糙度预测值Ra=0.019 μm,材料去除率RMR=56.6 nm/min。试验结果表明,基于响应曲面法的材料去除率与表面粗糙度预测模型准确有效。     

内循环式非牛顿流体抛光单晶硅的仿真与试验研究

为了提高磨料流抛光的效率与应用范围,提出内循环式非牛顿流体抛光方法对传统磨料流加工方式和使用的磨料进行改进。利用计算流体动力学软件对抛光区域的仿真,研究了流道中抛光流体的速度与压力的分布规律和流道槽深与入口速度对于壁面剪切应力的影响。通过单因素试验,研究了磨粒的粒径、质量分数和流道槽深对工件材料去除率和表面粗糙度的影响,并将入口处压力的试验结果与仿真结果对比。结果表明:抛光盘入口处压力仿真结果与试验结果相对误差不超过6%,验证了仿真的可靠性;材料去除率最高可达0.193μm/min,表面粗糙度由280nm降至37nm,证明了内循环式非牛顿流体抛光技术的可行性。     

激光面加工熔凝区的低压磨粒流抛光影响因素的实验研究

为研究低压磨粒流抛光激光面加工熔凝区的可行性,构建旋转式低压磨粒流抛光装置对激光加工铜片进行抛光实验,并采用不同评定方法描述磨料种类、挤压力、抛光时间对抛光效果的影响.结果表明:采用低压磨粒流抛光可有效去除激光面加工熔凝区;在低压范围内,材料去除量会随磨料含量、抛光时间呈非线性增长,随挤压力呈接近线性增长;抛光初期表面粗糙度变化幅度较小,抛光一段时间后变化幅度会显著增大.