精密接头磨料流光整加工机理与工艺研究

发布时间：2020-09-16 21:19

　　 航空航天领域中大量应用了精密管接头、活门、转换开关等零件,零件的可靠性直接影响了系统的稳定性。某机中应用的精密接头材料为30CrMnSiA,材料的塑性使得机加工相贯孔后出现了毛刺从而影响了液压系统的安全性。实际生产中采用手工的方法对毛刺进行去除,由于毛刺处于内部相贯处,使得手工去除加工难度大、效率低。精密接头内部中央大孔的表面质量对系统性能也有显著影响。磨料流加工技术在内腔去毛刺和内流道抛光方面有独特优势,综合考虑引入磨料流加工技术对精密接头进行去毛刺并提高中央大孔的表面质量。本文运用理论分析、模拟仿真和实验的方法对磨料流加工精密接头的机理与工艺进行了研究,主要内容包括:了解假塑性非牛顿流体磨料的流变性质,通过水浴的实验方法探究了磨料的“粘温特性”,发现其粘度随温度升高而降低。分析了加工中精密接头内部的流速分布规律。研究了加工过程中接触区域内磨粒颗粒的受力情况,探究了去毛刺和中央大孔抛光的材料磨损去除方式并分析了其材料去除的过程。经过工件分析、磨料路径规划、结构设计和夹具效果验证等步骤设计了去毛刺和内孔抛光两套夹具。大孔抛光中引入了变径芯模来解决轴向去除量不均匀的问题,为解决量产工件尺寸波动而导致引流段尺寸无法确定的问题,提出了间隙引流段的方法。利用非牛顿流体广义雷诺数判断式,并结合精密接头的数据对其内部磨料流动状态进行判断,发现其处于层流状态。观察Fluent仿真结果中速度和压力的变化探究了磨粒粒径和加工压力对去毛刺效果的影响,并通过单因素实验对仿真结果进行了验证。借助仿真确定了变径芯模和引流段间隙的尺寸:变径芯模下底面直径为5mm上顶面直径为6mm,间隙距离为3mm,并通过实验验证了其效果。通过单因素实验研究了环烷油、白油和硅油质量含量对磨料粘度的影响,并通过正交实验发现了粘度调节能力最强的添加剂组合:硅油含量为3%,白油含量为2%,环烷油含量为3%。加工实验中通过正交实验对去毛刺和大孔抛光的工艺参数进行了优化,优化后去毛刺工艺参数为SiC磨粒粒径46目,加工压力20MPa,磨料用量6000ml;大孔抛光工艺参数为SiC磨粒粒径180目,加工压力20MPa,磨料用量10000ml。最后研究了有效的磨料后清洗方案并进行了环保性评估。本文对精密接头加工机理与工艺的研究,为磨料流在更为复杂的难加工航空精密件上的应用提供了宝贵经验。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V261
【部分图文】：

磨料流光整加工技术的优越性尤为突出。其工作原理如图1.1 所示，介质缸内的活塞推动磨料流经工件进行加工。(a)上磨料缸作用前 (b)上磨料缸作用后图 1. 1 磨料流抛光原理图1.3 国内外研究现状1.3.1 磨料流加工机理的研究现状磨料流加工机理研究属于基础性研究，对磨料流加工有着极其重要的理论指导作用，主要包括以下几个研究方面：（1） 磨料流动状态磨料在工件内流动主要有层流和湍流两种状态。层流流动中其质点沿着轴向作平滑直线运动，湍流中流体质点相互掺杂且运动杂乱，有一定的随机性。在磨料流加工中工件流道形状和加工参数不同可能导致流动状态不同，磨料的流动状态主要依靠雷诺数来判断[23]。磨料流加工的前提是流动的磨料与壁面间存在相对速度，称之为 壁滑速度 ，这与经典流动理论有所差异。华南理工大学的汤勇[24, 25]等人观察含有示踪粒子的磨料流过透明玻璃管，发现壁滑速度与磨料均速、磨料粘度、润滑状况有关联，且壁滑速度越大加工效果越明显。宋桂珍、董志国[26-28]近年也做了很多相关研究，他们根据流变特性和动量守恒的Navier-Stokes方程

南京航空航天大学硕士学位论文除材料主要依靠滑擦和耕犁的方式。材料的去除过程包括弹性、塑性和脆性破坏阶段[32]。在磨粒与壁面的切削具体受力研究中磨粒模型大致分为两种，一种将磨粒简化为球形颗粒对壁面材料进行滑擦去除[33-35]，如图 1.2 所示。另一种将磨粒颗粒简化为多面体形状[36]，如图1.3 所示。

如图 1.2 所示。另一种将磨粒颗粒简化为多面体形状[36]，如图1.3 所示。图 1. 2 球形磨粒切削示意图 图 1. 3 多面体磨粒切削示意图（3） 材料去除量磨料流加工材料去除量宏观上满足磨削加工的 Preston 方程。浙江工业大学的计时鸣[37]等人分析了 Preston 方程在磨料流中的应用，并对其进行了系数修正使其能够更加符合软性磨料流加工的分析要求。本文将在国内外学者研究的基础上，结合精密接头具体的结构和所用磨料对磨料流动状态和切削机理进行研究。1.3.2 磨料流加工磨料的研究现状磨料流加工的其中一个优点就是磨料具有流动性，其流动能力及切削加工能力等都与磨料的性能有很大关系，磨料的研究包括以下部分：（1） 磨料的配置研究磨料包括磨粒颗粒和磨料介质。通常的磨粒种类有碳化硅、氧化铝、金刚石等，磨料介质通常为高分子复合材料，此外还掺有包括润滑剂在内的其他添加剂。各组分不同的含量配比都会对磨料的性能产生影响，Agrawal[38]等人通过实验测定了磨料介质的蠕变柔量和弹性模量并通过实验结果对磨料的粘度进行了预测，实验结果还表明磨料的粘度随着磨粒颗粒含量的增加而增大。阎慕良和陆纪培率先开展了磨料流加工技术的实验研究，通过大量的磨料配比和加工验证实验研制出了性能较好的磨料[39, 40]。大连理工高航教授课题组在航空叶轮磨料流加工可行性分析的研究中成功研制了磨料，基体选用丁苯橡胶，含量 15~35%；溶剂油选用轻油；增塑剂选用环烷油，含量 3%~10%；润滑剂采用硅油，含量 5~7%；热稳定剂选用硬质酸钠

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本文编号：2820387