软性磨料流微型锥孔光整成形的仿真与试验研究

发布时间：2018-11-16 12:08

【摘要】：磨料流技术作为一种光整加工技术在工业生产中有着广泛的应用,其主要对腔体类零件进行内部去毛刺、倒圆角等光整加工。随着高新技术不断地向微型化方向发展,微小锥形孔道在一些零部件上为满足一定的功能性要求被广泛使用,加工时对孔道的表面质量有较高的要求。软性磨料对微小孔道有一定的微量切削作用,对微孔精加工、倒圆角以及去毛刺,微孔表面材料去除量从入口到出口逐渐减小。在软性磨料的加工微型锥孔中,可以通过改变软性磨料的加工参数来改变微孔成形的结果,但软性磨料加工后微孔的实际变化情况未知。本文通过对国内外软性磨料流技术的研究进行了分析,了解到软性固液两相磨料流加工微型锥孔流动特性,从而对软性磨料加工微型锥孔试验、设备配置、试验结果测试、微型锥孔加工数值模拟进行了深入的理论和试验研究。主要研究内容和方法以及结论如下:(1)研究了软性固液两相磨料流在微形孔道中的流动特性和磨粒的运动特性,明确在软性固液两相磨料流加工微孔时的材料去除方式;从固相和液相两方面对磨粒的动力学特性和液体相的运动学特性进行了详细分析,明确单颗磨粒的受力方程和软性液体相的速度分布;通过试验确定软性固液两相磨料流加工时Preston系数的计算公式与方法,修正了基于软性磨料流加工微孔的preston方程的k_p参数公式,并对不同质量分数下的软性磨料流基于preston方程的k_p参数进行了测定与计算。(2)介绍了软性磨料流加工微型锥孔试验中所使用到的各种设备,以及试件的结构、材料和钻孔使用到的钨钢钻头等;介绍软性磨料中使用的介质、磨粒和制备方法,并利用粘度仪测定不同质量分数下的粘度,分析得到软性磨料的质量分数与其粘度成正比关系。介绍了软性磨料流加工微型锥孔的磨料挤压设备,同时了解了微孔磨料加工完成后的清理与测量相关参数的设备和方法。(3)对软性磨料微型锥孔成形加工进行仿真分析,得到在一定料缸压强作用下,软性磨料流中的磨粒在微孔壁面处压强与速度的分布,结果表明在一定压强作用下,在微孔壁面处的磨粒压强从入口到出口逐渐减小,在微孔壁面处的磨粒的速度从入口到出口变化不大;分析了在不同的磨粒粒径与不同流体磨料质量分数下微孔壁面处的磨粒的压强分布及微孔表面的材料去除量。基于preston方程仿真,计算了在料缸压强3MPa、质量分数为30%、磨粒大小为2000目的状态下,微孔沿着孔道的不同位置处的材料去除量,分析了微型锥孔成形的影响因素,得出了一定加工条件下形成的锥角。还提出了一种软性磨料加工微孔结果的三维重构技术,计算preston方程计算的各点材料去除量,利用Imageware软件重构微型锥孔的三维模型。(4)通过试验分析了料缸压强、软性磨料流的质量分数和磨粒粒径对微孔进行锥形加工的影响,研究表明在加工时间一定的情况下,随着料缸压强增大,加工所得的微孔锥度越大;随着软性磨料的质量分数增大,加工所得的微孔锥度越大,增大质量分数能够提高软性磨料对微孔表面的材料去除率;随着软性磨料中的磨粒粒径增大,加工所得的微孔锥度越大,当磨粒的大小影响磨料顺畅通过微孔时,软性磨料对微孔表面材料去除率将呈下降趋势。(5)对不同加工参数下的试验与仿真进行对比,对比误差均小于20%,其中大部分误差在10%左右,理论仿真与实际试验较为符合。在料缸压强、质量分数及磨粒粒径加工参数中,对微孔形成锥角大小的影响从大到小依次是:料缸压强、质量分数、磨粒粒径。
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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG664

【参考文献】