增材制造预旋喷嘴表面高质量光整技术研究

通过进行增材制造高温合金预旋喷嘴内腔磨料流动仿真研究,优化了磨粒流抛光专用工装,开展了增材制造预旋喷嘴典型结构试验件内腔磨粒流表面光整工艺研究。通过抛光前后表面形貌对比,认为磨粒流对增材制造零件表面粘粉效应、球化效应、阶梯效应、挂渣现象以及残留支撑均有较好的去除作用,但是对基体表面凹坑内的光整效果有限,抛光后零件表面粗糙度由R_a3.139 7μm降至R_a0.580 5μm,叶片表面粗糙度由R_a4.847 3μm降至R_a0.360 6μm。通过极差分析,发现工艺参数对零件表面粗糙度的影响效果强度依次为加工时间、加工压力、磨粒粒径。     

固液两相磨粒流研抛变口径管的数值模拟研究

为了探讨磨粒流对变口径类零件的抛光效果的影响,以变口径管零件为研究对象,选用固液两相磨粒流,对磨粒流抛光变口径管零件的加工过程进行数值模拟研究,分析了不同磨料浓度和不同入口压力条件下,变口径管零件内磨粒流的静态压力、动态压力、速度、湍流强度、湍流动能、湍流粘度的分布情况。通过对比分析,研究分析了磨粒流抛光变口径管零件的有效性,可为促进磨粒流超精密加工技术的不断改善提供理论依据,使工件疲劳强度得到改善,增强工件的可靠性,延长工件的使用寿命。     

伺服阀阀口棱边几何精度的研究

液压伺服控制部件电液伺服阀的核心是由阀芯阀套组成的滑阀副,而滑阀副阀口棱边的几何精度直接影响着它的工作性能。在对阀口棱边的几何精度检测方法研究的基础上提出了在宏观和微观上检测阀口棱边几何精度的两种新方法,分析了伺服液棱边加工精度的现状及造成误差的因素,提出棱边质量标准应该包括棱边的几何形状误差即棱边的粗糙度,棱边的圆角以及棱边的宏观几何形状即棱边端向跳动误差等方向,指出建立科学的棱边几何形状精度质     

并联伺服阀的同步控制策略

针对大型振动台和线性摩擦焊机等设备对液压伺服系统的大流量和高频响要求,以及现有伺服阀随着额定流量增加频响大幅降低的矛盾,提出多个伺服阀并联使用的方案.为克服伺服阀在通径、制造和电气等方面差异所导致的阀并联工作时阀芯过零位出现同步误差、造成流量降低和油路冲击等问题,通过监测伺服阀在不同频率、不同幅值正弦信号下和变幅值的类正弦信号下阀芯的位移,得出阀芯运动的若干非线性特征,并在此基础上采用移相和变幅相结合的同步控制策略,解决了阀芯运动的不同步问题.通过对相对滞后阀的指令信号进行超前移相,消除了大部分的同步误差;缩小相对滞后阀的指令信号幅值同时增大相对超前阀的信号幅值,进一步削减了阀并联运动的同步误差.实验结果表明,该同步控制策略效果良好,两阀阀芯穿越零位的相位差可控制在±2°.     

基于回油液阻的压力伺服阀啸叫分析

对压力伺服阀的啸叫问题进行仿真与试验分析,验证了滑阀级回油液阻增大会引起伺服阀啸叫. 基于机电系统分析软件AMESim建立压力伺服阀完整的仿真模型,对比分析仿真与试验的动静态特性曲线,验证仿真模型的正确性. 分析滑阀级不同的回油液阻对衔铁组件中弹簧管振荡幅值的影响;剖析产生自激振荡的条件和本质原因;探究伺服阀内部振荡的传递路径. 研究发现,伺服阀滑阀级回油液阻的变化,会引起力矩马达衔铁组件的自激振荡,通过合理优化滑阀阀芯回油间隙可以避免这部分伺服阀振荡啸叫;通过增大滑阀至喷嘴腔容积也可以切断振荡传递以消除伺服阀振荡啸叫.     

伺服阀主阀芯的建模与仿真

运用流场分析软件,对伺服阀主阀芯在阀口开口大小一定时的内部流场进行模拟仿真。仿真结果表明,阀口处压差是影响阀内部流场的主要因素之一。仿真所得阀口的速度场与压力场数据与伺服阀流量特性的理论计算结果一致,符合液体流动的规律。     

化学机械研抛过程流体和磨粒分布特性仿真

为深入理解化学机械抛光过程中的摩擦磨损机理,仿真研究了不同工况对抛光作用的影响规律.建立考虑多相流和离散相的三维CFD模型,研究不同工况下晶片和抛光垫间抛光液的速度和压力分布以及抛光磨粒的分布规律.结果表明:膜厚越小,抛光垫和晶片的转速越大,磨粒的分布密度越小.对流体速度和压力分布规律以及磨粒分布特性进行仿真分析,研究抛光过程中磨粒对晶片表面的动压作用过程.用疲劳断裂能量守恒理论,建立可定量分析各种工况下材料去除率的预测模型,采用Matlab软件对去除率模型进行仿真计算,得到不同工况下碳化硅晶片的去除率曲线.结果表明,抛光垫转速越大,膜厚越小,材料去除率越大,但去除率随着抛光的进行呈现减小的趋势.相比抛光垫转速对去除率的影响,膜厚对去除率的影响较小.     

固液两相磨料流的微小孔精密研抛行为

首先,采用计算流体动力学方法对固液两相磨料流精密研抛微小孔进行数值模拟,探讨了入口速度、磨料浓度、磨粒粒径对磨料流精密研抛行为的影响,分析发现入口速度是影响磨料流抛光效果的最主要因素。然后,为了更好地研究磨料流对微小孔的精密研抛行为,进行了正交试验验证。试验结果表明:经磨料流精密研抛后的小孔壁面粗糙度Ra由磨料流研抛前的1.044μm降低至研抛后的0.272μm,小孔壁面变得光滑均匀,获得了理想的小孔表面精度。通过正交试验极差分析和方差分析可知:影响磨料流精密研抛微小孔工件表面粗糙度的因素从高到低依次为:入口速度、磨料浓度和磨粒粒径。磨料流精密研抛技术可有效提高微小孔工件的内表面精度,通过磨料流与壁面的摩擦磨损作用可获得高质量的内表面。     

一种新型压电型电液伺服阀控制系统设计

提出一种新型压电型直动式二级电液伺服阀并对其进行了控制系统设计.电液伺服阀是电液伺服系统中的核心部件,具有广泛的应用前景.但现有的电液伺服阀还存在一些不足之处,为了进一步拓宽其应用范围,本文提出一种具有较高性价比的压电型直动式二级电液伺服阀,并针对其控制问题提出了一种双向分段变速积分PID控制方法,有效地满足了实际系统对阀芯位置控制的各项要求.实验结果表明了所提控制方法的有效性.     

小球式旋转直驱压力伺服阀卡滞机理研究

针对小球式旋转直驱压力伺服阀（BRDDPSV）静态测试卡滞问题,建立阀芯运动全局函数,包括基于缝隙流理论建立倾斜阀芯径向力模型,基于Coulomb摩擦理论建立阀肩触壁静摩擦-滑动摩擦模型. 理论解析曲线合理复现了静态测试卡滞问题：偏心驱动下阀芯逆时针旋转倾斜,右侧阀肩触壁,初始静摩擦导致阀芯卡滞,逐渐提升的电流水平克服摩擦形成阀芯运动超调. 为了保证电流指令与控制压力的近似比例特性,阀芯回拉复位,形成重复的正向驱动阀芯卡滞. 基于阀肩不触壁原则,获得阀芯是否卡滞阈值条件. 研究结果表明：增大阀芯与阀套初始半径间隙或减小小球偏离阀芯轴线的初始偏心量,均可以提高阀芯不卡滞的输出压力阈值;对于21 MPa系统压力及0~8 MPa输出压力的实际需求,在不改变其他参数的情况下,将初始半径间隙和初始偏心距分别调整为5.1 μm和0.2 mm,可以在维持原有性能的基础上获得阀芯运动全局不卡滞的最优解.     

叶轮表面各种抛光方法的去除机理研究及磨料的研制

从力学去除机理对振动抛光和磨料流抛光进行了分析研究,提出了旋转磨粒流抛光,从而增加了运动行程长度,提高了材料去除率;同时,能使工件表面更加平整,也会改善表面的应力状态.分析了如何配制最合适的磨料流加工研磨磨料,通过几种不同配料的对比实验,最后提出了一种润滑油、橡胶和磨粒的混合模型,可以兼顾高强度、高扯裂性、氧化安定性和润滑性.     

大流量插装式伺服阀数学模型及试验验证

针对插装式伺服阀在高速大流量电液伺服系统中表现出的非线性特征，以及在理论分析时不能对其进行线性化处理等问题，对该阀内部构成机理进行了分析.将其先导级数学模型简化为一个线性二阶环节并对其输入输出变量进行限幅，对其主阀芯进行动力学分析.在此基础上建立了插装式伺服阀简单实用的非线性数学模型.在试验平台上验证了该模型的正确性.试验结果表明，该阀的阶跃响应存在较大的纯滞后，且阶跃响应时间随阶跃幅值的增加而增加.基于该数学模型的仿真结果与试验结果的对比表明，该模型能够较为准确地描述此类伺服阀的动静态特征，可应用于高速大流量电液伺服系统的理论分析.     

Dynamic Characteristics of the Jet Force on the Flapper of the Pilot Stage in a Flapper Nozzle Servo Valve Under the Flow-Solid Interaction

Nowadays, more and more attention has been paid to improve the performance of the nozzle flapper servo valve. As a core part of nozzle flapper servo valve, the armature assembly is affected by electromagnetic force, jet force and feedback force at the same time. Due to the complex structure of the pilot stage flow field and the high jet pressure, the prediction of the jet force has always been difficult in modeling the transient motion of the servo valve. Whereupon, a numerical simulation method based on the flow-solid interaction(FSI) is applied to observe the variation of the jet force when the flapper is moving. Different parameters are employed to seek a suitable numerical simulation model which can balance the accuracy and computational cost. By comparing with the experiment results, the effectiveness of numerical simulation method in predicting the variation of the jet force and cavitation is verified. By this numerical simulation model, the distribution of flow field and the force on the flapper predicted by the moving and fixed flapper are compared. The results show that more dynamic details are achieved by the transient simulation. By analyzing the numerical simulation results of different inlet pressures and flapper vibration frequencies, the relationship between the movement of the flapper, the flow field distribution, the jet force and the inlet pressure is established, which provides a theoretical basis for the subsequent modeling of the armature assembly.     

螺旋曲面成型抛光用千叶轮的廓型设计及修整方法

为了提高螺杆转子螺旋曲面的加工效率和表面加工质量,提出了一种采用砂带千叶轮成型抛光螺杆螺旋曲面的新型工艺方法.砂带千叶轮是一种具有抛光质量好、寿命长、效率高、成本低等优点的异型涂附磨具,为获得千叶轮的几何形状,研究了千叶轮成型抛光运动的原理,建立了千叶轮与螺杆螺旋曲面的数学模型,确定了空间啮合接触线,设计了千叶轮的廓型,给出了千叶轮廓型数据的计算实例,利用三维软件进行了啮合模拟仿真,搭建了简易修整试验装置并完成了对千叶轮的修整加工试验.结果表明:利用砂带千叶轮成型抛光螺杆螺旋曲面具有可行性.     

固液两相磨粒流研抛螺旋齿轮的数值模拟研究

为了探讨固液两相磨粒流研抛螺旋齿轮质量的影响,以螺旋齿轮为对象,进行数值模拟分析。通过分析可知:从轴向来看,在同一入口速度条件下,随流体不断流入,受曲面形状的影响,流道截面积不断变化,近壁面流体跟随曲面形状时刻做上下起伏、旋转运动,运动方向和流动状态不断变化,流体能量逐渐损失,抛光效果也随之减弱;从径向来看,流道越窄或流道曲面弯曲形状变化越均匀,流道截面积越均匀,磨粒流研抛工件表面质量均匀性越好。为促进固液磨粒流超精密加工技术的不断发展提供了技术支持。     

碳化硅超声-电化学机械抛光试验研究

为探究超硬脆碳化硅(Si C)材料的高效研抛方法,分别应用铸铁抛光盘、聚氨酯抛光盘、半固结磨粒抛光盘在自来水、KOH溶液、芬顿反应液3种研抛液中通过控制变量法对Si C进行了超声-电化学机械研抛试验,得到以试件材料去除率和表面质量为评价指标的优化抛光工艺参数.试验结果表明:使用铸铁抛光盘时材料去除率高,但表面质量差;使用半固结磨粒抛光盘时表面质量最好,但材料去除率低;芬顿反应液对提高试件的材料去除率效果最好;在试件与抛光盘之间的电压为+10 V时,试件的材料去除率最高,比无电压时提高了55.1%;当试件保持环施加超声振动后,比无超声时材料去除率提高了91.7%,可见超声振动对Si C试件抛光起主要作用.     

光学玻璃表面液流悬浮研抛加工

在研究表面光整加工方法的基础上,提出了一种液流悬浮研抛加工的新工艺方法。研制了基于三坐标数控铣床的液流悬浮研抛试验系统,并对光学玻璃(K9)进行了液流悬浮研抛试验。对研抛过程进行了分析,探讨了脆性材料的去除机理,即在磨粒冲击和剪切作用下,工件表面是以冲击和剪切的塑性去除方式加工的。试验结果表明:利用液流悬浮SiC纳米磨料研抛的方法可以实现光学玻璃的纳米去除和超光滑表面加工。