钛合金磨料流光整加工表面完整性研究

目的 研究磨料流光整加工钛合金格栅表面完整性。方法 用电火花加工制备钛合金试样,通过磨料粒径、加工压力、加工次数的单因素试验,来研究其对试样表面粗糙度和表面形貌的影响规律,选用三种初始粗糙度不同的钛合金试样来进行磨料流光整加工效果试验,对比分析磨料流光整加工对试样表面残余应力的影响,进行加工次数的单因素试验研究磨料流加工过程中其对工件表面显微硬度的影响。结果 对于钛合金试样来说,磨料粒径和加工压力越大,表面抛光效果越明显,表面粗糙度就越低。当磨料粒径从38 μm增加到420 μm时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.815 μm降低到0.824 μm;当加工压力从8 MPa增加到24 MPa时,相对应的表面粗糙度值Ra从4.314 μm降低到1.398 μm。而随着加工次数的增加,表面粗糙度值Ra从整体上呈现下降趋势,最后趋于稳定,当加工次数从10增加到80时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.925 μm降低到0.307 μm,并且最后稳定在0.300 μm附近。钛合金试样经磨料流光整加工之后,表面残余应力由原来的拉应力变成了压应力。随着加工次数的增加,钛合金试样表面显微硬度整体上呈现先减小后增大的趋势,当加工次数从10增加到50时,显微硬度值从532.83HV降到357.73HV,当加工次数从50增加到90时,显微硬度值从357.73HV上升到393.48HV,试样表面显微硬度的均匀性也显著增加。结论 增大磨料粒径和加工压力或者增加加工次数,都能降低工件表面粗糙度,钛合金工件经过磨料流光整加工之后,表面完整性有较大改善。     

磨料流加工中夹具设计的研究

磨料流加工(AFM)是光整加工领域的一项新技术。磨料流加工由磨料流加工机床,夹具和流体磨料三部分组成。当用磨料流加工形状较复杂的零件时,夹具设计的好坏对表面加工质量和加工效率有重要的影响。本文分析了磨料通过工件孔道的特性。介绍了用于研究材料去除量与加工距离和形状关系的实验。材料去除量在通道两端比中间小是磨料流加工的一基本特性。本文讨论了如何避免因此而产生的工件变形以及如何利用这一特性来获取某种特殊效果。最后,给出了一个用于加工某不锈钢三通体的夹具。     

磨料流加工工艺在汽车生产中的试验研究

一、磨料流加工概况 磨料流加工基本原理: 磨料流加工是一科新的机械光整加工方法,基本原理是:将流体磨料介质(由有一定弹性的高分子载体材料和磨粒混合而成的半流动磨料)填满工件与夹具之间,在一定压力作用下,使流体磨料介质在被加工零件表面上作往复移动,这种移动,就象一个软砂轮贴在金属     

单向磨料流加工工艺特性研究

针对不能通过往复驱动流体磨料而采取单向磨料流加工工艺进行抛光的零件,首次揭示了沿着料流方向被加工孔道表面的粗糙度改善逐渐减弱的问题.分析确定从介观尺度研究单个磨粒的工作过程,采用CFD仿真,解析单向磨料流加工工艺的技术特性,包括速度、入口非稳定流动等随粘度变化的特性;使用Central Composite Design...     

加工间隙对CBN磁性磨料研磨904L不锈钢表面完整性的影响

目的 针对904L高性能不锈钢工件进行磁力光整加工试验研究,分析加工间隙对不锈钢表面完整性的影响.方法 对不同加工间隙的磁感应强度进行了仿真与测试的对比分析,在不同加工间隙下,采用雾化法制备的新型CBN/铁基球形磁性磨料对904L高性能不锈钢进行磁力研磨加工.利用手持粗糙度仪和精密电子天平对不同间隙下工件表面粗糙度和材料去除量进行测量与分析,利用金相显微镜观察不同加工间隙下工件表面形貌不同变化情况,利用应力测试仪检测不同间隙下工件表面残余应力变化情况,利用润湿角测量仪对不同间隙下工件表面的亲疏水性效果进行观察与分析.结果 当加工间隙为2.5 mm时,CBN/铁基球形磁性磨料磁力光整加工904L不锈钢效果最好.工件表面粗糙度由研磨前的0.5μm下降至0.05μm,5 min内材料去除量可达36 mg,工件表面均匀,划痕被完全去除,同时没有凹坑的产生.工件表面的残余压应力由127.8 MPa增加到318 MPa,工件表面与液滴的润湿角由20°增加至83°,疏水效果达到最好.结论 加工间隙对CBN磁性磨料磁力光整加工904L不锈钢表面完整性有很大影响,当加工间隙为2.5 mm时,工件表面粗糙度最低,表面形貌光整均匀,残余压应力变大,工件的疲劳强度增强,工件表面疏水性变好,达到最佳研磨效果.     

磨料流加工工艺中切削比能与温度的计算

本文提出了在磨料流加工(AFM)工艺中切削比能与切向切削力的计算模型.该模型由磨料流加工工艺参数构成,如磨粒大小、外压力、工件材料硬度、循环次数及有效磨粒数目.同时,本文就在磨料流加工工艺中热量流向工件与流向介质的热传导问题进行了分析,并对比了工件温度的理论计算值与实验观察值,讨论了磨料流加工工艺参数对工件温度的影响.同时,该模型还预测了流向工件与流向介质的热量百分比.     

磨料水射流切割微晶复合材料的工艺参数对光滑区粗糙度的影响

本文通过单因素试验,研究了磨料水射流切割微晶复合材料时射流压力、靶距、切割速度和磨料流量对光滑区粗糙度的影响规律,进行了正交试验,得出了磨料水射流各工艺参数对光滑区粗糙度影响的重要程度主次顺序,并且得出了最优工艺参数组合。试验结果表明:在磨料水射流切割微晶复合材料时,射流压力增加,光滑区粗糙度先减小后增加;靶距增加,粗糙度增大;切割速度增加,粗糙度增大;磨料流量增加,粗糙度减小。优化后的加工工艺参数为:射流压力260 MPa、靶距4 mm、切割速度144mm/min、磨料流量590 g/min。     

磨粒流抛光阀块内孔道的数值模拟与试验研究

针对液压阀块孔道内部结构复杂难以进行精密加工的问题,提出利用磨粒流精密抛光技术来实现加工工艺。使用流体仿真软件Fluent进行数值模拟,研究进口压力、磨料浓度、磨粒粒度等对磨粒流加工效果的影响。以液压阀块内的孔道为研究对象,对不同的进口压力、磨料浓度、磨粒粒度下内孔道磨粒流的速度、湍流动能、静压、壁面剪切力进行仿真,得出结论：当入口压力为8 MPa、磨料浓度为0.1、磨粒粒度为200目时,阀块内孔道的抛光效果较好。以该参数进行相应的磨粒流加工实验,结果表明：阀块孔道内壁面的表面粗糙度明显降低,提高了孔道内壁面的表面质量。     

连杆大头孔磨料流加工的理论探讨及实验研究

针对H12V190Z柴油机连杆大头孔表面的磨料流加工方法进行了研究,利用CFD软件对其加工流场进行了模拟仿真,得到了流体磨料在流场中的压力和速度分布。结合工艺实验验证了经磨料流加工后连杆大头孔加工表面的粗糙度值有明显的减小,提高了连杆表面的质量,大大缩短了加工时间,提高了加工效率。     

基于有限元方法的磨料流加工数值模拟

利用Fluent软件对磨料流加工过程中流体磨料的流动形态进行了数值模拟分析,得到了流体磨料在圆孔类工件内沿孔道壁面的压力分布和沿径向的速度分布;并通过改变流体磨料的加工压力,得到工件进出口压力差与工件内流体磨料流速的变化规律.又通过模拟结果与实验结果对比,表明应用Fluent软件预测工件进出口压力差模拟计算的可行性,为...     

基于磨料流加工技术叶片泵转子去毛刺试验研究

针对叶片泵转子叶片槽两侧面及槽底孔内毛刺不能被彻底去除的问题,提出基于磨料流加工技术的方法,建立磨料流体三维模型,利用Fluent软件模拟分析槽底孔中心及槽道边沿压力分布,设计装夹方案并进行现场试验。加工后的槽道内壁光滑,无毛刺,表面粗糙度值未显著变化,尺寸精度未受影响,表明磨料流加工技术可有效去除转子槽内的毛刺。     

On ultrasonic assisted abrasive flow finishing of bevel gears

Finishing of bevel gears is an important requirement in many machining shop floors. Variants of abrasive flow machining (AFM) could be plausible solutions for finishing such parts with intricate geometries. In the present work, a relatively new variant of AFM called ultrasonically assisted abrasive flow machining (UAAFM) technique was employed to finish bevel gears made of EN8 steel. An analysis of the process has been presented with suitable illustrations. A finite element simulation of the behavior of the medium during finishing of bevel gears using the UAAFM process has been presented. A 3D model was constructed to simulate the flow of medium through the outer wall of the gear tooth surface using computational fluid dynamics (CFD) approach. The velocity, pressure and temperature values along the length of the workpiece were computed for both UAAFM and the conventional AFM processes. Further, the effectiveness of the process was investigated through experimental trials by conducting a comparison study between classical AFM and UAAFM. Ultrasonic frequency, extrusion pressure, processing time and the media flow rate were considered as the input variables while improvements in surface finish and material removal were considered as the monitored outputs. Results confirm that improvements in surface roughness and material removal are significantly higher than those obtained with conventional abrasive flow machining. The study further reveals that, the applied high frequency (ultrasonic) vibration to the workpiece has the maximum influence on the process responses among the variables considered.     

Experimental investigation into cutting forces and active grain density during abrasive flow machining

It is important to know cutting force components and active grain density during abrasive flow machining (AFM) as this information could be used to evaluate the mechanism involved in AFM. The results show that cutting force components and active grain density govern the surface roughness produced during AFM process. In this paper, an attempt has been made to study the influence of these two parameters, namely cutting force and active grain density, on the surface roughness. This study will help in developing a more realistic theoretical model.The present paper highlights a suitable two-component disc dynamometer for measuring axial and radial force components during AFM. The influence of three controllable variables (extrusion pressure, abrasive concentration and grain size) on the responses (material removal, reduction in surface roughness (R_a value), cutting forces and active grain density) are studied. The preliminary experiments are conducted to select the ranges of variables by using single-factor experimental technique. Five levels for abrasive concentration and six levels for extrusion pressure and abrasive grain size were used. A statistical 2³ full factorial experimental technique is used to find out the main effect, interaction effect and contribution of each variable to the machined workpiece surface roughness. The machined surface textures are studied using a scanning electron microscope.     

蓝宝石光学曲面柱形宽缎带磁流变抛光仿真分析及实验研究

目的 针对目前光滑无损伤光学曲面蓝宝石加工成本高、效率低的问题,对加工过程中磁流变抛光缎带进行流体仿真,进而优化抛光轮表面结构。方法 设计并提出3种表面结构柱形宽缎带磁流变抛光轮,介绍了磁流变抛光轮加工的基本原理,建立了磁流变抛光垫Bingham流体特性加工仿真模型,分析了3种抛光轮表面结构对工件表面磁通密度模、流场流速、流场压力分布的影响。同时对3种抛光轮的抛光效果进行了实验探究,探究了抛光轮表面结构对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响规律。结果 仿真结果表明,抛光轮表面槽型结构具有能增强磁通密度模、增大流体流速和流体压力的特性。实验结果表明,螺旋槽抛光轮的抛光效果最好,在螺旋抛光轮作用下,材料去除率为0.22 mg/h,抛光后蓝宝石表面粗糙度为1.08 nm。最终抛光轮近壁区总压力和速度的乘积结果与抛光轮实验去除率结果具有较好的一致性。结论 槽型结构可以提高抛光液在抛光轮表面的固着效果,影响工件表面流场运动状态,增强工件表面受到抛光垫的作用力。相较于光滑和横条槽抛光轮,螺旋槽抛光轮的抛光效率最高,表面粗糙度最低,可有效提高抛光效果。     

磨粒高速流动电解机械复合光整加工方法研究

针对复杂型面金属零件的光整加工,提出磨粒高速流动电解机械复合光整加工方法:采用随电解液高速流动的微小磨粒,通过加工过程中的电化学溶解和磨粒连续微量划擦,改善工件表面质量。通过对比试验分析了复合加工、纯电解加工和纯磨粒高速流动加工等3种方法对加工效果的影响,并用单因素法加工不锈钢工件,分析不同试验因素对工件表面粗糙度的影响。结果表明:采用复合光整加工方法能有效提高光整加工效率,降低工件表面粗糙度,获得较好的加工效果;当加工电压为5 V,加工间隙为2 mm,使用粒径为75~106 μm的Al₂O₃磨粒加工5 min时,工件表面粗糙度可以达到0.17 μm。      

短电弧加工不同直径电极间隙流场研究

在短电弧加工过程中,利用流体软件Fluent对不同的电极直径加工间隙流场进行仿真,通过极间流场中的压力场与速度场间接得出加工屑排除的变化规律,并通过实验进行验证。结果发现:电极直径的增大可以促进加工屑从加工间隙排出,减少因间隙颗粒的堆积而产生的短路现象,从而避免“二次放电”;当加工深度不变时,电极直径的大小与工件材料的去除率呈正相关,证明短电弧加工过程中存在“面积效应”;电极直径的相对变化对工件表面质量没有明显的改善,即对表面粗糙度的影响不大。     

磁流变变间隙动压平坦化加工的工艺及机理

为提高光电晶片的磁流变抛光效率并实现其超光滑平坦化加工,提出其磁流变变间隙动压平坦化加工方法,研究不同变间隙条件下蓝宝石晶片的材料去除率和表面粗糙度随加工时间的变化,并分析磁流变变间隙动压平坦化加工机理。结果表明:通过蓝宝石晶片对磁流变抛光液施加轴向低频挤压振动,其抛光压力动态变化且磁流变液产生挤压强化效应,使抛光效率与抛光效果显著提升。在工件下压速度为1.0 mm/s,拉升速度为3.5 mm/s,挤压振动幅值为1 mm条件下磁流变变间隙动压平坦化抛光120 min后,蓝宝石晶片的表面粗糙度R_a由 6.22 nm下降为0.31 nm,材料去除率为5.52 nm/min,相较于恒定间隙磁流变抛光,其表面粗糙度降低66%,材料去除率提高55%。改变变间隙运动速度可以调控磁流变液的流场特性,且合适的工件下压速度和工件拉升速度有利于提高工件的抛光效率和表面质量。