磨料流加工与MB9211型半自动磨料流机床

一、磨料流加工机理磨料流加工和磨削、抛光类似,不同的是这种加工方式使用的是流体磨料,在压力作用下的液体磨料挤擦工件表面实现切削。因此,流体磨料相当于随工件加工面变化的流体砂轮。磨料流加工采用的流体磨料是由有机载体(液体)与磨料混合而成,在压力作用下能够流     

复杂导槽毛刺的去除

磨料流加工(AFM)是一种对金属工件进行抛光加工的有效、经济、适用的去毛刺加工工艺。它利用磨料介质在被加工表面或孔内作往复运动而去除复杂导槽的毛刺。该工艺主要用于清除金属工件中难于到达的内通道和交叉面的毛刺,特别适用于具有复杂形状的航空元件加工。近年来,AFM已广泛用于粗糙度达Ra0.1的流体传动元件中不能抛光的内表面的关键性加工。本文就AFM工艺的工作原理和适用范围作简要介绍。 1.AFM的基本组成要素 AFM可概括地分成三个基本组成部分:机床、夹具和磨料介质。机床有两个功能:夹紧工件和抽吸介质。工件被夹具夹紧,介质被泵送到一个密封系流内,     

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。     

流动磨料电解研磨复合镜面加工中抛光布形状选择的试验研究

一、加工机理流动磨料电解研磨复合镜面加工工艺是将极细的磨料混合到电解液中成为悬浮液送入加工区,在工具电极上固定有弹性良好且不粘磨粒的抛光布,它将磨粒滞留并带动其对工件表面进行机械研磨,与电解作用共同实现选择性阳极溶解-机械整平过程。在该工艺中分散均匀的细小磨粒能够均匀地去除钝化膜,加     

磨料喷射加工

据报导,目前国际商业市场出售一种磨料喷射加工设备,它是用磨料喷射流对工件进行机械加工。这种加工方法可以对钢件、铁基合金、钛、硅、陶瓷、玻璃及硬塑料等材料进行切削、钻孔、打毛刺、抛光或标刻。尤其用其它加工方法难于加工的工件或难于加工部位,更适于用磨料喷射流去加工。磨料喷射加工的原理:用干燥的压缩空气或其它气体作为气源,把磨粒用振动方法,由气源定量送入气流中形成含磨料的喷射流。由喷枪的小喷嘴喷出的磨料喷射流,     

固液两相流研抛内齿轮齿面夹具的设计和分析

磨粒流机床夹具是保证磨粒流机床加工精度的一个重要组成部分。设计了一种磨粒流加工内齿轮齿面的研抛夹具,可实现对内齿轮齿面的研抛,提出了一种解决内齿轮工件齿面的精密研抛方法,提高了表面几何稳定性,延长了内齿轮的使用寿命,节省了加工成本和研抛时间。通过对固液两相流研抛内齿轮夹具进行三维数值分析,获得夹具在磨粒流机床的整体总变形、整体应力、稳态压力、流道磨料密度、速度矢量、湍流动能、及湍流粘度云图,获得了理想的固液两相流研抛内齿轮齿面的研抛夹具。     

磨料水射流加工去除模型研究

采用ANSYS Fluent对磨粒流场进行瞬态CFD仿真,得到射流过程中磨粒的分布和速度;并研究射流加工区磨粒运动机制,研究表明,新型后混合式磨料水射流加工中磨粒很容易穿过射流加工的静压区直接与工件发生作用进而去除材料。建立磨粒冲击塑性材料的冲击变形磨损模型,并结合Finnie塑性剪切磨损去除模型建立磨料水射流加工去除模型,模型表明,射流加工中心区域的材料去除量最高。根据新型后混合式磨料水射流系统进行塑性材料的磨料水射流加工试验,结果表明,射流加工中心区域材料去除最高,这是由于射流加工中心区域磨粒冲击角度较大、磨粒速度较高,材料以冲击变形磨损去除为主;远离射流冲击中心区域材料去除较低,材料以剪切磨损去除为主,与磨料水射流加工去除模型是完全一致的,证实磨料水射流加工去除模型的正确性。     

复杂曲面软性磨粒流抛光可行性研究

提出基于软性磨粒流的复杂曲面与约束模块相配合的高精密抛光加工方法。使磨料高速高压通过经过设计的流道,利用液固两相软性磨粒流中磨粒的微量切削力加工复杂曲面,从而克服复杂曲面直接接触抛光的困难。以计算流体力学(CFD)的理论作为进行流体仿真的理论基础。建立了复杂曲面与约束模块组成的流道三维模型。通过前处理软件ICEM CFD画出三维模型的网格。将网格文件导入流体分析软件FLUENT。在FLUENT中采取Mixtrue两相流和k-ε湍流模型对涡轮整体叶盘的磨粒流抛光进行流场的三维数值模拟,获得流场中磨料的流动模式。主要对不同压力差下流场的压力场和湍流动能进行分析,得到出入口压强差对磨料的流动细节和特性的影响,从而达到对流场进行分析的目的。     

不锈钢孔磨粒流抛光工艺参数的选择

针对磨粒流抛光加工不同孔径的工艺参数确定不合理,从而导致加工质量无法达到要求的实际生产问题,采用流体数值模拟方法对磨粒流抛光过程中流体磨料在抛光孔的流动状态进行数值模拟分析,得到了进口压力与孔径和孔深的变化关系。实际加工试验验证了数值模拟结论的正确性,并结合数值模拟给出了可用于指导实际生产的不同孔径及其孔深的磨粒流加工工艺参数的选取规则。     

基于CFD-DEM耦合的面约束软性磨粒流加工特性研究

软性磨粒流加工能有效解决复杂结构曲面的抛光问题。基于该技术特点,针对硬脆性材料加工存在的技术问题,提出一种面约束软性磨粒流加工方法,即通过在工件表面设置窄缝约束流道,利用多向磨粒流注入法,在流道中形成高速涡旋磨粒流抛光工件。同时,针对传统磨粒流建模无法描述磨粒-壁面碰撞行为的不足,提出一种基于计算流体力学与离散元法耦合的磨粒流建模方法(Computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM),并通过该方法得到了磨粒-壁面碰撞分布及工件表面材料去除分布,在此基础上研究了面约束软性磨粒流加工的均匀性。结果表明:入口直径是影响磨粒-壁面碰撞均匀性的关键因素,随着直径的增大,碰撞分布存在最优值;当磨粒流处于不同的流态时,流体黏度对材料去除的作用原理不同,低黏度流体下材料去除均匀性有明显提升。最后搭建试验平台,通过对比试验验证了建模方法及抛光方法的有效性,试验结果显示,面约束软性磨粒流抛光方法能够使得单晶硅表面粗糙度从506.71 nm降低到10.17 nm。     

强约束喷嘴内部流场的数值模拟与实验研究

针对磨料射流抛光硬脆材料工件曲面中的射流束发散与冲击损伤的问题,提出了强约束磨粒射流抛光新方法。为验证该方法的可行性和有效性,设计了一种新的抛光工具头。基于欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型,利用FLUENT软件对喷嘴内部磨粒流进行了数值仿真,计算得到抛光工具头内部的磨粒流速度和压力分布。在仿真的基础之上,根据硬脆材料工件曲面的加工特点搭建抛光加工实验平台,确定加工参数并进行实验。仿真和加工实验结果表明:抛光工具头的结构设计能有效提高磨粒流的出口速度,并且减小磨粒流的压力损失;出口处的速度以平行于工件表面的剪切速度为主;明显降低了工件表面的法向冲击损伤,提高了工件表面质量。     

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。     

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。     

磨料流加工

磨料流加工(Abrasive flow Machining简称AFM)技术是一种最新的机械加工方法,它是以磨料介质(掺有磨粒的一种可流动的混合物)在压力下流过工件所需加工的表面,进行去毛刺、除飞边、磨圆角,以减少工件表面的波纹度和粗糙度,达到精密加工的光洁度。AFM法在需要繁复手工精加工或形状复杂的工件,以及其他方法难以加工的部位是最好的可供选择的加工方法。AFM法也可应用于以滚筒、震动和其     

软性磨粒流双入口约束流场数值分析及加工试验研究

针对软性磨粒流精密加工中单入口加工装置加工不均匀问题,提出一种基于流体碰撞理论的双入口加工新方法。借助计算流体力学软件,结合剪切输运(Shear stress transport, SST) k-ω湍流模型及Mixture混合模型,分析两种加工装置内磨粒流动力学特性,数值模拟结果显示：单入口加工装置内磨粒流流场固定分布,双入口加工装置内磨粒流流场呈现周期性摆动,提高约束流道内磨粒流流动无序性。加工试验进行35 h后,单入口加工装置加工工件表面粗糙度Ra值分散,工件表面存在严重加工不均匀性;双入口加工装置工件表面各处粗糙度Ra集中且各方向粗糙度值均小于单入口加工装置,表面加工效果均匀。上述研究结果表明：双入口加工装置有效地扰乱约束流道内磨粒流流场,提高磨粒流流动的无序性,改善表面加工质量。     

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。     

磨削区磨料流体动压力仿真研究

根据Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工中砂轮/工件楔形接触区磨料流体动压力的数学模型;进行了砂轮速度、砂轮/工件平均最小间隙以及砂轮直径对楔形区磨料流体动压力影响的仿真研究。结果表明,流体动压力随砂轮速度的提高和平均最小间隙的降低而增加,最大压力峰值发生在砂轮与工件平均最小间隙区域,且在该区域压力梯度变化明显;除了在砂轮宽度边缘产生侧泄外,在砂轮宽度方向流体动压力分布规律相同;随着砂轮与工件之间平均最小间隙的减小,动压力峰值区域曲线变窄,砂轮直径对流体动压力影响不明显。     

流体磨料光整加工理论与技术的发展

20世纪60年代发明的挤压磨料流技术在机械零件去毛刺、抛光等光整加工领域产生了重要的影响,特别是自20世纪80年代引入我国之后,国内的科研人员进行了大量的理论研究与应用实践,不断涌现出新的以流体磨料为工具的光整加工技术。从流体磨料的材料去除机理、加工参数对性能优化的影响及应用中存在的均匀性问题及辅助控制技术三个方面综述流体磨料加工过程中的流动特性、去除机理及加工仿真等理论成果,总结近50年来传统黏弹性挤压磨料流技术及近年来针对于松散低黏度流体磨料的光整加工新技术,分析流体磨料加工的研究手段与方法,为今后进行深入的流体磨料光整加工研究,探索在诸如航空叶轮和叶盘等高性能复杂曲面零件高质量抛光中的应用提供了借鉴的方向。     

游离磨料线锯切片流体动压效应的数值分析

游离磨料线锯切割技术是目前单晶硅切片的主要加工方法。建立了游离磨料线锯切片过程中流体动压效应的数学模型,并采用有限差分法进行了数值分析,得到了游离磨料线锯切片的流体动压力分布和膜厚。结果表明,当磨粒尺寸较小时,锯丝与晶体间的膜厚大于磨粒尺寸,磨粒悬浮在研磨液中,因此研磨液中磨粒与晶体的碰撞将是材料去除的主要因素。     

不同粒径金刚石固结磨料抛光硫化锌晶体研究

磨粒粒径是影响抛光最重要的参数之一,是决定加工效率和工件表面质量的关键要素。采用1~3μm、2~4μm、3~5μm 3种粒径的金刚石固结磨料抛光垫加工硫化锌晶体,分析磨粒粒径对工件表面质量和材料去除率的影响。实验结果表明,磨粒粒径对硫化锌晶体的固结磨料抛光影响显著,随着磨粒粒径的增大,固结磨料抛光硫化锌晶体的材料去除率增大,而表面质量变差。2~4μm金刚石固结磨料抛光垫加工硫化锌晶体可同时获得高材料去除率和优表面质量,材料去除率达到100 nm/min,表面粗糙度为4.37 nm。