砂轮约束磨粒喷射加工外圆表面创成机理及三维形貌

磨粒喷射精密光整加工是重要零件在磨削后进行去除表面缺陷层、降低粗糙度和波纹度为目的光整加工新工艺。试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工试样为表面粗糙度0.6 m左右的45钢。加工表面形貌和微观几何参数分别用扫描电子显微镜和Micromesvre2表面轮廓仪测量。应用自相关函数对磨削加工表面和光整加工表面进行分析,并研究材料去除机理和微观表面形貌的创成机理。在楔形区游离磨粒获得能量对工件进行抛磨、滑擦、和微切削是材料去除机理的核心因素,磨料流体侧向挤出是均化和降低表面波纹度的主要因素。试验结果表明,试样表面从连续的方向一致的沟槽被随机不连续的微坑所代替,表面粗糙度明显得到改善。随着加工循环的增加,工件表面的粗糙度值由0.6 m下降到0.2 m左右。此外,光整加工可以获得各向同性网纹交错的表面,表面轮廓的支撑长度率提高,对工件的耐磨性有利。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理研究

基于磨粒特征尺寸与砂轮、工件间液膜厚度比值的变化,研究了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理。分析了在两体加工及三体加工模式条件下,单颗磨粒运动特点以及磨粒由两体研磨加工向三体抛光加工转变的临界条件。实验证明,砂轮约束磨粒喷射光整加工中,随着加工循环的增加,工件表面微观形貌变化规律与理论分析相同,实验结果和理论分析吻合很好。     

非一致曲率表面下的气压砂轮磨粒剪胀及加工试验研究#br#

针对软固结磨粒气压砂轮在加工异形曲面时,工件所受的切削力以及接触区内磨粒速度因工件曲率发生变化,导致工件不同曲率处材料去除量不均匀的问题, 基于修正的Rowe剪胀理论建立砂轮切削力模型,提出了非一致曲率表面下修正的气压砂轮材料去除模型。通过EDEM软件建立了软固结磨粒气压砂轮模型,分析了砂轮下压量为1.5 mm时工件曲率对接触力以及接触区内磨粒速度的影响。搭建气压砂轮加工试验平台,通过光整加工试验验证修正的材料去除模型。研究结果表明：修正的材料去除模型平均绝对值误差为0.095,而原始的材料去除模型平均绝对值误差为0.291,说明修正的材料去除模型可以用于气压砂轮抛光过程中的定量分析,且工件加工表面划痕明显减少。     

非一致曲率表面下的气压砂轮磨粒剪胀及加工试验研究

针对软固结磨粒气压砂轮在加工异形曲面时,工件所受的切削力以及接触区内磨粒速度因工件曲率发生变化,导致工件不同曲率处材料去除量不均匀的问题,基于修正的Rowe剪胀理论建立砂轮切削力模型,提出了非一致曲率表面下修正的气压砂轮材料去除模型。通过EDEM软件建立了软固结磨粒气压砂轮模型,分析了砂轮下压量为1.5 mm时工件曲率对接触力以及接触区内磨粒速度的影响。搭建气压砂轮加工试验平台,通过光整加工试验验证修正的材料去除模型。研究结果表明:修正的材料去除模型平均绝对值误差为0.095,而原始的材料去除模型平均绝对值误差为0.291,说明修正的材料去除模型可以用于气压砂轮抛光过程中的定量分析,且工件加工表面划痕明显减少。     

软固结磨粒群内部磨粒拓扑结构对材料去除的影响

针对软固结磨粒气压砂轮光整加工新方法,研究气压砂轮软固结磨粒群的内部磨粒拓扑结构对被加工材料去除率的影响规律。建立气压砂轮材料去除机理模型,分析软固结磨粒群在单压缩载荷下内部细观组构参量及力链网络的演化过程,研究了软固结磨粒群的宏观力学特征与细观结构演化之间的关系,数值模拟了具有不同拓扑结构的磨粒层与工件接触区域内的应力分布规律。将软固结磨粒气压砂轮用于激光强化自由曲面光整加工实验,得到了磨粒目数及体积配比对材料去除量及表面粗糙度的影响规律,试验结果表明,软固结磨粒气压砂轮可用于激光强化表面的光整加工并获得良好的加工效果。     

液压管路中连接头的磨粒流加工实验研究

针对液压管路中连接头零件管道内壁光整加工的问题,以液压管路接头零件为研究对象,对采用磨粒流光整加工液压管路连接头内壁的加工机理、加工工艺进行了研究。根据零件材料硬度选择了试验磨粒,通过对比加工磨料对管壁表面质量和材料去除量的影响,得到了适用的液压管路连接头加工磨粒和工艺参数;分别选用碳化硅和金刚石作为加工磨粒,通过实验分析了磨粒流加工中磨粒对零件内壁表面的形貌、表面粗糙度、材料去除量的影响。研究结果表明:磨粒流加工可以有效降低管道内表面粗糙度,粗糙度值由原始的400 nm～500 nm下降到200 nm以下;相比金刚石磨粒,采用碳化硅磨粒加工后形成的零件内壁表面粗糙度更低,且粗糙度值分布均匀性更好,材料去除效率更高。     

采用粘结法的磁性磨粒制备工艺及实验研究

现有的粘结法制备工艺存在混合不均等问题,且磁介质相和磨粒相在破碎过程中会发生分离,易造成浪费,为此,提出了一种新的粘结法磁性磨粒制备工艺。在相同条件下,运用两种不同工艺分别制备了两种磁性磨粒,并进行了实验研究。采用扫描电镜、三维超景深显微镜观测试件表面,并用电子天平测试试件光整加工前后的质量变化。实验结果表明,采用新粘结法工艺制备的磁性磨粒对试件进行光整加工10 min后,表面粗糙度值Ra从0.800 μm减小到0.076 μm,材料去除率的最大值为0.67 μm/min。与现有粘结法工艺制备的磁性磨粒相比,新粘结法制备的磁性磨粒的微观结构良好、各成分分布均匀,加工性能更加优异。     

磨料喷射光整加工机理及在机械领域中的应用

磨料喷射光整加工是利用微细磨料与高压空气(或其它气体)混合而成的高速束流，依靠磨粒的高速冲击、抛磨作用而微去除工件表面材料，从而达到光整加工的目的。文章分析了磨料喷射光整加工的原理、特点、应用类型；影响加工能力和表面质量的主要因素以及在工程领域中的实际应用。     

磁性磨粒光整加工钛合金板的实验研究

利用磁性磨粒光整加工的方法研磨抛光钛合金板,并测量了抛光后的工件表面粗糙度。由于钛合金是非导磁性工件,可以通过增加永磁铁来改善加工区域的磁场特性,并用仿真软件模拟了增加永久磁铁和不加永久磁铁时加工钛合金的磁感应强度的大小。最后,采用正交试验方法来评估在磁性磨粒光整加工过程中旋转速度、加工间隙、磨粒类型及加工时间对工件表面粗糙度的影响。为了获得较好的加工表面,用方差分析和SN比寻求较好的试验条件。结果表明,磁性磨粒光整加工能够有效的抛光钛合金表面,获得理想的表面粗糙度。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工表面功率谱分析和摩擦磨损特性研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工微观形貌进行功率谱分析和摩擦磨损特性研究。利用平面磨床M7120对精磨后45#钢工件材料进行喷射精密光整加工;用TALYSURF5轮廓仪测量加工后的微观几何参数值;用扫描电镜观察表面微观形貌变化;用功率谱密度函数评价磨削加工和光整加工表面的微观形貌特征;利用MG-2000型销-盘式高速高温摩擦磨损试验机研究表面形貌对摩擦磨损的影响。结果表明,磨粒喷射精密光整加工均化和改善了工件表面的波纹度,降低了工件表面粗糙度值,提高了工件表面的形状精度;光整加工表面摩擦因数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,表面质量明显改善,从而提高了零件的使用寿命和精度保持性,摩擦磨损实验结果和功率谱密度分析相吻合。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工微观形貌评价及摩擦学特性研究

用TALYSURF5轮廓仪测量砂轮约束磨粒喷射精密光整加工后工件表面的微观几何参数值，用扫描电镜和显微镜观察表面微观形貌变化,依据测量结果，应用随机过程的相关函数对磨粒喷射精密光整加工表面进行微观形貌评价,结果表明:光整加工后工件表面轮廓纵向参数值下降，表面轮廓波度平均间距减小，波纹峰密度提高;磨粒喷射精密光整加工表面和磨削加工表面具有很小的相似性，光整加工后工件表面实现了各向同性，表面纹理具有均一化特征。利用MG-2000型销－盘式试验机研究了表面形貌对摩擦学特性的影响，结果表明，光整加工表面的摩擦因数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低，表面质量明显改善，从而提高了零件的使用寿命和精度保持性。     

大涡模拟Smagorinsky模型用于磨粒流精密加工喷嘴的质量控制研究

为研究固液两相磨粒流加工喷嘴小孔过程中的流场分布、涡旋形成规律及涡旋的存在对磨粒流加工的影响机制，采用Smagorinsky亚格子模型对磨粒流加工喷嘴小孔的流道进行大涡数值模拟，并使用磨粒流对变直径喷嘴工件进行加工试验。数值模拟发现磨粒流流体中磨粒与壁面的碰撞与剪切作用随流体的速度增大而增大，同一截面的速度存在速度差，其中还伴随涡旋的存在；通过试验研究发现：经固液两相磨粒流加工后的喷嘴小孔表面质量得到明显提高，喷嘴经过四次不同入口速度的磨粒流加工后大孔处表面粗糙度Ra由1.24 μm降至0.542 μm，小孔处表面粗糙度Ra由1.21 μm降至0.437 μm。结论显示固液两相磨粒流加工技术可有效提高被加工喷嘴工件的内表面质量，加工时同一截面的速度存在速度差，速度差的存在利于涡旋的形成，涡旋的存在利于提高磨粒流加工过程的剪切作用，有助于获得高质量的喷嘴小孔内通道表面。     

振摆抛光工艺原理的试验研究

介绍了一类新型光饰机及其基本结构。通过正交试验，对于磨料浆液相对静止而工件振动或振摆的光整加工工艺进行了初步分析，认为这种工艺下工件材料去除主要靠磨粒对工件的冲蚀而完成。这种工艺可达到Ra0．1μm的表面，值得进一步研究。     

磨粒固化气囊光整技术及试验研究

针对模具激光强化表面高硬度、高耐磨性以及局域硬度差异等问题,提出了一种磨粒固化气囊光整加工新技术,以期实现模具激光强化表面的高效精密自动化光整加工.该技术将处于游离态的磨粒通过高分子粘结剂固化于橡胶基体表层,使磨粒群获得更稳定的支撑,形成了更有效和平稳的切削效果.根据磨粒固化气囊的性能要求,从材料特性着手,确定出通过酸性硅酮密封胶将磨粒直接固化在丁苯橡胶基体表面,以制得磨粒固化气囊的工艺方法;借助机器人辅助加工平台,对制得的不同粘结层厚度的磨粒固化气囊进行了光整试验研究.研究结果表明:通过控制磨粒固化气囊的均匀性,加强复合层的粘结效果,可以降低工件表面粗糙度,提高加工效率,为模具高效光整加工奠定了坚实的基础.     

蓝宝石衬底双面研磨的材料去除机理研究

对蓝宝石双面研磨加工进行了实验研究,借助SEM观察被加工工件表面,发现双面研磨加工的工件表面存有磨粒的二体、三体延性和磨损加工痕迹;建立了材料的理论去除模型并进行了计算,且与实验加工值进行了对比。结果表明,蓝宝石双面研磨中同时存在延性去除和脆性去除,该模型可以定性地描述双面研磨加工材料的去除率。     

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。     

耦合DEM-CFD法双入口磨粒流动力学模拟及加工试验

针对单入口磨粒流加工装置光整不均匀问题,提出了双入口磨粒流加工装置,为了解决传统CFD软件不能跟踪颗粒撞击壁面问题,结合DEM和CFD方法,通过耦合PFC和CCFD软件,利用DMP颗粒运动模型和标准k-ε湍流模型来模拟磨粒在流场中的运动.仿真中,通过PFC记录磨粒撞击壁面的速度和次数,通过CCFD记录流场运动状态,并应用Abaqus中Johnson-Cook模型分析了撞击速度和撞击次数对靶材质量损失的影响.数值模拟结果表明,双入口装置内两股流体撞击使得磨粒运动更为无序,磨粒撞击壁面次数大大增加,同时撞击壁面速度大于40 m/s的次数达到1 382次,远大于单入口的563次,使得加工面的材料去除速度更快.加工试验结果表明,加工30 h后,双入口装置加工的工件表面粗糙度Ra=0.35 μm,单入口装置工件表面粗糙度Ra=0.65 μm,加工效率明显提高.     

软性磨粒流磨粒入射壁面过程及其加工特性研究

针对利用两相流模型无法计算高浓度固—液两相流固相颗粒撞击壁面时颗粒速度的问题,提出一种边界层内颗粒运动轨迹计算模型,基于Mixture两相流模型和Realizable k-ε湍流模型仿真计算结果,通过分析提取颗粒入射前速度、计算边界层厚度、建立边界层内速度场和颗粒运动分析可以得到颗粒撞击壁面时的速度和入射角度。分析加工表面动压力分布和磨粒体积分数分布,结合两种结构约束流道验证仿真结果与加工效果的对应关系。通过对试验结果的分析,为约束模块的设计提供依据。研究结果表明:磨粒入射速度、磨粒体积分数和加工表面所受动压力大小直接影响工件加工效果,并与材料去除量成正相关关系;在本次试验中选择的工艺参数导致加工材料去除量小,适合初始粗糙度低的工件表面加工,对于此次试验的初始粗糙度应在0.2μm以下;约束模块的设计除了要考虑磨粒流流场特性之外,还要对加工表面的原始加工痕迹作详细了解,为约束模块的设计及加工工艺参数提供参考。     

汽车车身模具电化学超精密光整加工的研究

针对目前国内汽车车身模具光整加工所存在的问题，提出了一种新型的应用光整加工技术即电化学超精密研磨技术。研制了能够实现X、Y、Z三轴直线运动和绕X、Z两轴转动的空间五自由度电化学超精密研磨数控试验机床。分析了电解时的电流密度、磨粒的种类和粒度、电解液浓度、工件与电极间的相对运动关系、超声波的有无等对工件表面粗糙度的影响。试验结果表明，使用该技术进行光整加工，可以获得表面粗糙度值Ra＝0.25μm的镜面，其加工效率较普通研磨加工提高10倍以上，适合于汽车车身模具型腔的光整加工。     

磨料流微去除力学分析与可控因素影响

研究了磨料流抛光中磨粒微去除力学建模方法以及可控因素影响抛光效果的问题。以力为纽带,提出磨粒去除工件表面微凸材料的动力来源于三个方面--介质作用力、磨粒挤压载荷和磨粒冲击载荷。利用建立的力学模型,分析了磨料流加工的内在因素,其中可控因素包括：加工温度、加工压力、活塞的移动速度、磨料黏度、磨粒物理性质（如尺寸、硬度）等;研究了各可控影响因素与工件表面抛光质量及效率的关系;量化了可控因素的大小对磨粒作用在工件表面的力的影响程度;将磨粒作用在工件表面的力合成并分解为与活塞运动方向相同的轴向力和垂直于工件壁面的切向力,指出微去除效果随轴向力与径向力的比值改变而发生变化,设计出简易的测量轴向力和径向力的方案。用试验验证了所建模型和可控因素对抛光效果影响,以及工件表面的加工纹理方向直接影响工件表面粗糙度的减小率和材料去除率的正确性。