结构化表面软性磨粒流精密光整加工方法及其磨粒流动力学数值分析

提出一种基于软性磨粒流的模具结构化表面无工具精密光整加工新方法,通过在被加工的结构化表面附近配置约束模块,使结构化表面成为一条截面几何形状可设计的约束流道的内壁面,利用液固两相软性磨粒流在约束流道内的湍流壁面效应实现对约束流道内壁面的微力微量切削,从而克服光整加工工具难以接触结构化表面的困难,完成对结构化表面的无工具化精密光整加工.基于液固两相流体耦合理论,建立面向结构化表面精密加工的约束流道内液固两相磨粒流动力学模型,利用标准k-ε湍流模型和离散相模型相结合的求解方法,以环形截面约束流道为研究对象,选择不同的约束模块配合参数,对流道内压力/速度分布及湍流动能进行数值分析研究,通过该数值分析方法,可以观察约束流道进口压力、入口与出口截面尺寸的相对变化等工艺参数对湍流形态的影响,为研究软性磨粒流湍流形态调控的基本规律和磨粒流特性提供一种理论工具.     

游离磨粒精密光整加工方法综述

指出了磨粒精密光整加工是先进制造技术的重要组成部分之一,是保证产品精度和表面质量的重要方法.磨粒光整加工在改善表面精度和提高表面层力学机械性能的同时,又提高了加工精度和表面完整性.论述了磨粒精密光整加工技术的原理、特点、关键技术及在工业生产中的具体应用,其目的是在装备制造业中,利用磨粒进行光整加工实现低成本、高表面完整性、高效率精密加工.     

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1.24μm降至0.542μm,小孔处表面粗糙度Ra由1.21μm降至0.437μm。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。     

磨粒流精密光整加工的微切削机理

利用磨粒流的流变特性,通过对应力张量的分析,研究了磨粒流加工中的微切削力。提出了磨粒流加工是兼挤压与微去除方式为一体的复合加工,微切削动力主要来自于磨粒挤压力、磨粒的犁削力及磨料介质的剪切力。建立了磨粒流动力学模型,通过改变磨粒流流道的加工条件和测试加工过程的接触区压力、去除量及表面粗糙度等参数,用量化的方式揭示了磨粒流加工中抽象微切削力的变化规律。最后,结合COMSOL Multiphysics软件的CFD模块数值仿真了剪切力。结果显示:基于加模芯的方法有效地提高了磨粒流加工的微切削力,滑块4经15次循环后表面粗糙度由加工前的2.918μm下降为1.027μm,而去除量下降了0.09g。实验表明,磨粒流加工中去除量确有变化,但随着加工次数增加去除作用迅速削弱,而表面粗糙度在挤压力的作用下仍有所降低。     

游离磨粒精密光整加工方法综述(续)

指出了磨粒精密光整加工是先进制造技术的重要组成部分之一,是保证产品精度和表面质量的重要方法.磨粒光整加工在改善表面精度和提高表面层力学机械性能的同时,又提高了加工精度和表面完整性.论述了磨粒精密光整加工技术的原理、特点、关键技术及在工业生产中的具体应用,其目的是在装备制造业中,利用磨粒进行光整加工实现低成本、高表面完整性、高效率精密加工.     

超精密磨粒加工新发展及应用

随着科学技术的迅猛发展和新材料的不断出现,人们对零件加工的精度及表面质量要求越来越高。磨削技术一直是一种精密超精密加工方法,近年来精密超精密磨削技术也得到了迅速的发展,出现了许多新的磨削方法和应用。文章围绕超精密磨粒加工技术最新发展及应用,分别介绍了在超精密磨削装备、固结磨粒的超精密磨削和自由磨粒精密超精密磨削方面相关技术新的发展情况。并在此基础上对超精密磨粒加工的发展进行了展望。     

喷油嘴小孔磨粒流加工特性三维数值分析

磨粒流加工工艺已成为解决复杂型腔零件和微小孔结构零件的超精密加工方法,是一种高效、高质和经济的加工手段。本文利用数值分析软件FLUENT对磨粒流加工喷油嘴小孔结构进行了三维数值分析,获得了稳态压强、速度矢量、湍流动能、湍流强度及湍流粘度图像,为磨粒流加工工艺研究提供了理论依据和技术支持。     

基于电火花技术的精密异形盲孔加工

对精密异形盲孔加工中应用电火花加工技术进行简要分析,包括机床、电参数的选取,以及如何降低工具损耗等,以供加工类似结构的零件时参考.     

超精密加工现状综述

超精密加工是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段.精密光学、机械、电子系统中所用的先进陶瓷或光学玻璃元件通常需要非常高的形状精度和表面精度(如0.1 nm级表面粗糙度)及较小的加工变质层.掌握超精密加工过程中材料去除规律和损伤层特性对提高加工的稳定性与经济性十分重要.对超精密加工中的超精密切削、超精密磨削和超精密研磨抛光技术进行综述,重点介绍各种典型加工方法及其材料去除机理.从加工精度和加工效率角度对上述几类超精密加工方法进行比较,介绍以实现高效精密加工为目的的半固着磨粒加工技术.对超精密加工的发展趋势进行预测.     

钛合金曲面磨粒流加工扰流流道仿真与试验研究

针对具有复杂曲面的钛合金工件磨粒流抛光后表面粗糙度Ra不均匀问题,提出一种具有扰流结构的仿型约束加工流道。借助计算流体动力学（CFD）分析软件,结合SST k-ω湍流模型、离散相模型（DPM）和Oka冲蚀模型,仿真分析原始流道和5种不同扰流角度的扰流流道内磨粒流动力学特性。数值模拟结果表明：扰流流场中的磨粒流相较于原始流场在工件表面具有更大的湍流动能、动压力和冲蚀速率,其中扰流角度为30°时冲蚀均匀性较好。基于仿真条件搭建了磨粒流加工试验平台,使用原始流道和30°扰流流道分别进行了加工试验。试验结果表明：使用原始流道加工5 h后,工件表面曲率不同区域的表面粗糙度Ra值分散,加工效果均匀性较差;使用扰流流道加工5 h后,工件表面各区域表面粗糙度Ra的均匀性明显优于无扰流流场的加工均匀性。     

非直线管零件的磨粒流加工实验研究

为探讨磨粒流加工非直线管零件的加工机理及加工工艺,以共轨管为研究对象,利用自行研制的磨粒流抛光液对磨粒流加工非直线管关键工艺参数进行实验研究,定量化评价工件表面粗糙度与加工参数间的显性关系,探讨关键工艺参数对工件表面精度的影响,实验证实磨粒流加工确实可以明显改善非直线管零件的表面质量,从而提高非直线管零件的工作可靠性和使用寿命。实验结果可为磨粒流加工理论的优化研究提供参考,对确定磨粒流加工非直线管零件最优工艺方案具有一定的指导意义。     

飞机交点孔超声椭圆振动精密加工技术

针对常规方法加工30mm以上的飞机翼身交点孔存在动力不足、孔径精度差和表面质量不高等问题,采用超声椭圆振动镗削的方法,研制了超声椭圆振动镗削装置,并对30mm以上不同材料的翼身交点孔进行了镗削加工,取得了很好的工艺效果,充分体现了超声椭圆振动镗削技术在飞机交点孔加工中的优势。     

磨料流加工技术现状及展望

磨料流加工技术是机械光整加工中新发展起来的一项新工艺、新技术。简要介绍了磨料流加工技术研究的现状和基本机理，并在此基础上对磨料流加工技术的研究进行了展望，首次提出了磨料流加工虚拟技术的概念。     

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。     

异形内孔曲面的磨料流均匀加工方法研究

针对磨料流加工异形曲面一致性较差的问题,提出通过设置相似模芯结构以改善剪切应力分布的状态,从而实现均匀化加工异形曲面的方法。根据磨料流的剪切率与黏度的关系建立了幂律模型,通过COMSOL Multiphysics软件的 CFD模块计算得到置入模芯时磨料介质在加工表面的速度、剪切率和剪切应力的分布。仿真与实验表明:置入相似的模芯后可形成等宽的流道,各曲面受到的剪切应力趋向一致。工件内壁表面粗糙度Ra最大差值由无模芯时的0.376μm降为置入模芯后的0.017μm。     

磨料流加工的流动分析

本文根据磨料流加工的原理建立了简化的固体塞分析模型，并按非牛顿流体分析理论对典型的圆孔加工进行了压力和流速的分析，获得了一些有用的结论。利用本文的分析结果，可以对磨料流加工的特性作进一步的分析和研究，具有一定的实际意义。     

磨粒流加工的固液两相流模型及压力特性模拟

以FLUENT软件为计算平台,采用Spalart-Allmaras固液两相Mixture湍流模型对磨粒流加工过程中磨粒流的流动形态进行了数值模拟,结果表明：增大压力差可提高通道中流体的平均速度,增大边界层与壁面流速差可提高加工效率;通过改变进口压力得到非稳态流场,能够使近壁面处的磨粒数目增多,有利于加工效率的提高。同时,模拟结果还反映了黏度对磨粒流加工有重要影响。数值模拟结果为磨粒流加工过程中的参数选择提供了参考依据。     

基于改进的低雷诺数湍流模型的软性磨粒流加工仿真与实验

针对模具结构化表面软性磨粒流精密加工中壁面特性求解困难的问题,基于改进的低雷诺数湍流模型提出了一种对软性磨粒流壁面特性进行分析的方法。该模型仿真的湍流可以从充分发展的高雷诺数湍流到低雷诺数湍流,所以,对于壁面区域的求解精度更高。以机械加工中常见的U形沟槽为仿真对象,数值模拟了其内部流场,尤其是壁面区的流场特征参数。分析结果表明:当初始压力p0在2.5～4.5MPa之间时,流道的内部流动是不完全发展的湍流,详细分析了p0为4.5MPa时渐变截面流道的内部流动,压力与速度分布均是中心高、两侧低,而且越靠近U形底部,压力值和速度值越高;磨粒流速度一直增大,磨粒受到的驱动力增大,使得单位时间内颗粒与壁面的碰撞增加。通过碰撞观测实验发现磨粒对壁面的碰撞速度与仿真结果相符,加工实验进一步验证了仿真结果。