基于多物理耦合场的固液两相磨粒流伺服阀阀芯喷嘴抛光研究

伺服阀阀芯喷嘴是伺服控制系统中的重要零部件,尤其是喷嘴小孔的表面质量会直接影响到整个伺服控制系统的进程,因此阀芯喷嘴要求很高的尺寸精度、形位精度以及表面粗糙度。为探讨磨粒流抛光伺服阀阀芯喷嘴的抛光效果,对磨粒流抛光阀芯喷嘴的加工过程进行数值模拟研究,分析了不同入口速度条件下阀芯喷嘴内磨粒流的动态压力、速度以及湍流动能的分布状况,研究分析了磨粒流抛光阀芯喷嘴的有效性,并对阀芯喷嘴的磨粒流抛光效果进行了预测。     

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。     

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.     

预旋喷嘴对预旋系统温降特性的数值研究

预旋喷嘴的结构参数主要有预旋喷嘴面积、预旋喷嘴角度和预旋喷嘴的轴向长度。通过试验验证了湍流模型,对存在掺混进气的盖板预旋系统的温降特性进行数值模拟。在其他条件一定的情况下,分析了预旋喷嘴面积、喷嘴角度和喷嘴轴向长度对系统温降的影响。研究结果表明:随着预旋喷嘴面积增加,喷嘴内压力损失降低,进入盘腔内的质量流量增大,盘腔内的静温降低,有利于增加预旋温降效果;随着预旋喷嘴角度的增加,降低了气流流出喷嘴时的周向速度,预旋温降效果变差;预旋系统温降随预旋喷嘴轴向长度的增加先增加后降低。     

软性磨粒流加工方法及近壁区域特性

为了解决模具细微结构化表面难以光整加工的问题,提出固 液两相软性磨粒流（SAF）无工具精密加工方法.通过为结构化表面配以约束模块,以构建磨粒流湍流流道,利用软性磨粒流与被加工表面的“无缝”接触特性及壁面效应,实现模具表面的无工具无死角光整加工.以Nikuradse实验方法为理论依据,分析软性磨粒流中固体相在近壁区的运动学和力学特性,得到适用于软性磨粒流加工的摩擦系数公式.采用标准k-ε模型和欧拉多相流模型对软性磨粒流进行数学描述;利用压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,对不同入口速度时流道内的固体相压力分布进行数值分析研究.数值模拟结果表明,软性磨粒流固体相的压力衰减程度与入口速度成反比,并且固体相在流道内的运动轨迹呈无序状态.利用动态分析三维显示系统对流道内的颗粒运动轨迹进行实验研究.结果显示,固体颗粒运动轨迹呈无序漩涡状,符合湍流形态的运动规律.搭建软性磨粒流加工平台并进行加工实验.实验结果表明,采用软性磨粒流的加工方法能够使工件表面粗糙度达到61.8 nm.     

低压磨料流抛光实验研究

文章构建低压磨料流抛光实验装置对45号钢片进行抛光实验,从材料去除率、表面纹理、元素含量、表面粗糙度变化等角度描述磨粒质量分数、流通性、抛光时间的影响,尝试为低压磨料流加工选取合适的磨料。     

砂布页轮柔性抛光表面微观形貌建模与预测

柔性抛光技术广泛应用于航空发动机整体叶盘叶片的精密加工。系统深入研究柔性抛光过程,了解抛光加工表面微观形貌生成的内涵,成为柔性抛光加工技术的重要研究内容之一。以砂布页轮为柔性磨具,通过空间几何坐标变换建立了砂布页轮表面磨粒的空间运动学模型及磨粒-工件几何学干涉模型,并研究了砂布页轮柔性变形对工件表面磨粒运动轨迹的影响。基于磨具表面形貌模型,利用MATLAB软件进行砂布页轮柔性抛光表面微观形貌生成过程仿真,并得到不同工艺参数下工件表面三维形貌及其影响规律,抛光实验结果验证了该仿真算法的正确性和有效性。     

激光及电弧增材制造技术研究进展

增材制造在能源化工、生物医学、航天航空等领域表现出了广阔的应用前景,对其研究现状进行综述,有助于梳理先进材料增材制造行业的发展脉络,为先进材料增材制造行业未来的发展提供理论支持。文章介绍了多种电弧增材制造技术控制系统,分析了电弧增材制造技术生产的零件组织性能与传统制造工艺生产的产品之间的差异,对比了激光熔化沉积技术和激光选区熔化技术的优劣,并对先进材料增材制造行业未来的发展进行了展望。     

硬盘磁头自由磨粒抛光材料去除机理研究

同时获得高去除率和超光滑平整的表面是硬盘磁头自由磨粒抛光的矛盾,研究自由磨粒抛光材料去除规律可以优化抛光工艺。采用修正环型浮动块抛光机抛光GMR硬盘磁头,采用场发射扫描电镜和原子力显微镜观察磁头表面形貌。通过改变抛光盘的表面形貌、抛光液以及抛光压力等抛光条件,获得不同的磁头表面形貌,磁头表面有磨粒产生的划痕和少量微坑,显示材料主要以微切削方式去除。划痕和微坑的深浅、数量随抛光条件的不同而改变。进一步采用纳米压痕仪测量磁头表面材料去除率,并研究抛光盘、抛光压力和抛光液等参数与材料去除率的关系,建立了GMR磁     

GMR硬盘磁头自由磨粒抛光材料去除机理研究

同时获得高去除率和超光滑平整的表面是硬盘磁头自由磨粒抛光的矛盾,研究自由磨粒抛光材料去除规律可以优化抛光工艺.采用修正环型浮动块抛光机抛光GMR硬盘磁头,采用场发射扫描电镜和原子力显微镜观察磁头表面形貌.通过改变抛光盘的表面形貌、抛光液以及抛光压力等抛光条件,获得不同的磁头表面形貌,磁头表面有磨粒产生的划痕和少量微坑,显示材料主要以微切削方式去除.划痕和微坑的深浅、数量随抛光条件的不同而改变.进一步采用纳米压痕仪测量磁头表面材料去除率,并研究抛光盘、抛光压力和抛光液等参数与材料去除率的关系,建立了GMR磁头材料去除率模型,并可预测表面粗糙度,与实验结果基本相吻合.据此可以优化工艺,在获得最佳表面质量的同时,获得高的去除率,兼顾效率与品质的因素.     

增材制造的研究现状与发展趋势

增材制造（Additive Manufacturing,AM）技术,直接将材料逐渐叠加形成所需要的零件,也称作3D打印,是目前国内外研究的热点,也有人将其称为引起第三次工业革命的新兴制造技术。回顾了增材制造的发展历程,介绍了增材制造的主要类型,论述了国内外发展现状,分析了增材制造的关键技术、发展中的关键问题及其发展趋势。     

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.     

离散相磨粒粒径对磨粒流研抛共轨管质量的影响

为研究磨粒粒径对磨粒流研抛质量的影响,以共轨管为研究对象,通过计算模拟不同磨粒粒径下磨粒流的状态,分别从流场动压力、速度场、磨粒的运动轨迹、湍流动能进行不同场的离散相分析。从数值分析可知,随着磨粒粒径增大,动压力、速度和湍流动能降低,磨削效果减弱。对经磨粒流研抛前后的共轨管工件进行了表面粗糙度和表面形貌的检测,测得磨粒流研抛前的表面粗糙度为3.401μm,研抛后的表面粗糙度为1.138μm,从而确认了磨粒流研抛具有内通道结构的工件的有效性,也证实了数值模拟的正确性,为磨粒流研抛技术的发展提供了理论支持。     

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。     

磁场强度对磁流变抛光表面粗糙度的影响

在自制的磁流变抛光实验装置中,通过被加工零件和Bingham凸起相对运动产生的剪切力来实现抛光.在该装置上进行工艺实验,研究了磁流变抛光技术中磁场对表面粗糙度的影响.比较了不同磁场强度下的磁流变抛光情况,以及表面粗糙度和抛光效率的差别,然后,通过采用不同磁场强度组合加工,使初始表面粗糙度(Ra)为400 nm的K9玻璃材料的平面,磁流变抛光30 min,表面粗糙度值达到了0.86 nm,提高了被加工零件的抛光效率和表面质量.     

增材制造椭圆锥齿轮的齿面与齿距误差分析

为提高椭圆锥齿轮增材制造的加工精度,减少其加工误差,对增材制造加工的椭圆锥齿轮进行误差测量,并分析误差产生的原因．运用齿轮啮合空间传动原理及增材制造的基本原理,建立了椭圆锥齿轮空间啮合坐标系、增材加工坐标系、分层模型、椭圆锥齿轮的理论误差模型和误差检测模型;对椭圆锥齿轮进行前处理分析,并对增材制造过程进行研究,获得该齿轮增材制造的加工方法;采用超景深三维显微系统和三坐标测量机对该齿轮进行检测,分析其表面误差精度与齿距误差．结果表明:利用增材制造法加工的椭圆锥齿轮误差偏大;优化STL模型,减小金属粉末直径,减少激光半径和热效应对加工层的影响,均有助于提高增材制造加工精度．     

增材制造Ti-6Al-4V合金断裂行为与应力三轴度关系研究

研究应力三轴度与增材制造钛合金材料断裂行为的相关性,对分析增材制造钛合金的断裂失效过程有着重要的作用和意义。对光滑圆棒和缺口圆棒试件在准静态下进行单轴拉伸试验,结合数值仿真分析得到试件的应力三轴度分布和断裂应变,研究了增材制造钛合金在不同应力三轴度下的韧性断裂行为。通过扫描电子显微镜观察试件断口表面的形貌,分析不同应力三轴度下增材制造钛合金的断裂机理。研究发现,在中高应力三轴度范围内,增材制造钛合金的断裂应变随应力三轴度的升高而降低;缺口圆棒试件的起裂位置随缺口半径的减小从最小截面中心处逐渐转移至边缘处。     

磨料射流光整加工技术及设备

磨料射流光整加工技术是利用高压流体驱动含磨料的浆液从喷嘴喷出来抛光工件，磨料射流光整加工设备由高压水泵（或高压气泵），工作流体控制及传输装备，喷枪，磨料供给、回收、沉淀及循环装备，防护装备和相应电控系统构成．配合不同粒度的磨料，表面粗糙度可达Ra0．2um，除加工外，也可用于零件的除绣、除漆、毛化处理及去毛刺．     

多物理耦合场磨粒流加工温度对点胶头研抛质量的影响数值分析

为研究加工温度对磨粒流研抛质量的影响,对多物理耦合场的磨粒流加工过程进行数值分析,选取高精密点胶头作为磨粒流磨削对象,通过设定不同的磨粒流加工温度对磨粒流精密加工过程进行数值分析,可获得不同加工温度条件下多物理耦合场下的流体湍流强度能与颗粒动能、湍流粘度云图与速度仿真云图。通过对数值仿真云图的分析可知:在温度为300K~310K条件下,磨粒流的光整加工质量达到最好。研究成果可为促进磨粒流精密加工技术的不断改善提供理论依据,也可为磨粒流精密研抛高精密点胶头提供理论基础和技术支持。     

环带式磁流变抛光加工石英光学零件实验分析

针对磁流变抛光工艺参数对加工石英光学零件表面粗糙度的影响规律,进行了平面石英玻璃光学零件的工艺实验.应用正交实验方法分析了磁流变抛光中主要工艺参数:磁场强度、工件轴转速、平摆速度、抛光盘与工件间的间隙对石英玻璃表面粗糙度的影响规律,确定了石英玻璃磁流变抛光最优工艺因素.并分阶段采用不同工艺参数进行磁流变抛光,抛光后石英玻璃光学零件的表面粗糙度值达到0.6 nm.