基于CFD的磁性磨料化学复合镀装置设计

发布时间：2020-10-14 22:26

　　 现代工业的发展对零件精密加工的要求越来越高,磁性磨料光整加工技术是针对高精度表面加工的重要加工方式之一,而磁性磨料是影响光整加工效果、制约磁性磨料光整加工技术工业应用的一个重要因素。使用化学复合镀法能够制备出品质较高、使用寿命较长的磁性磨料。目前设计使用的磁性磨料化学复合镀装置大多用于工件的表面改性上,整个工艺流程需由人工进行操控和调整,在用于制备小粒径磁性磨料方面的化学复合镀装置的设计研究较少。本文提出了适用于制备小粒径磁性磨料并能够进行自动控制的磁性磨料化学复合镀装置设计方案,采用网兜镀和冲液的方式对铁磁相和磨粒相进行分散运动,在使用CFD法对装置工作区域关键参数进行优化设计的基础上对装置结构进行进一步的结构设计。论文主要研究工作和结论如下:(1)结合装置的性能需求将磁性磨料化学复合镀装置设计为工作区域和辅助区域两部分,根据第二相共沉积机理采用网兜镀工艺进行磁性磨料的制备,将网兜设计为环状柱体结构,并令网兜在水平方向进行周期性快速正反转使其中的铁磁相在惯性作用下实现滚动;同时采用球形底化学镀槽并利用冲液作用对磨粒相进行分散与悬浮。(2)使用CFD法对磁性磨料化学复合镀装置工作区域关键参数进行优化设计,建立流固耦合有限元仿真三维模型,以粒子在下落过程中各重要时间节点的运动分散状态、粒子统计区域的空间位置及区域内粒子总数变化为评价标准,确定各影响因素的最佳参数组合为:化学镀槽半径R=55mm,镀液盛装量L=R=55mm,冲液距离h=6mm,管路内径Φ=8mm,冲液流量Q=8L/min。根据采用最优参数组合时获得的相关数据确定环形网兜的相关参数为:环形网兜的内径r1=16mm,外径r2=36mm,高度s=26mm,置于镀槽底部中心上方45mm处。(3)根据已确定的磁性磨料化学复合镀装置工作区域关键参数,以工作台为基体对装置进行结构设计,采用步进电机为装置动力源并通过与之相连接的控制器使装置实现自动控制,利用传动系统带动环形网兜进行转动;由水泵控制的冲液系统伸至化学镀槽中,利用冲液作用使磨粒相实现分散与悬浮。
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG173
【部分图文】：

性磨料的品质直接影响磁性磨料光整加工的加工效果。磁性磨料由铁磁相和磨粒相两部??分通过镀层金属结合而成，磁性磨料光整加工中较为常见的磁性磨料为颗粒状，其理想??结构为球体如图２．１所示。??图２．１磁性磨料理想结构示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｉｄｅａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ａｂｒａｓｉｖｅ??铁磁相是磁性磨料的基体部分，在进行磁性磨料光整加工时用磁头吸引磨料形成磨??粒刷，并通过控制磁场的大小和方向以满足加工需求，因此铁磁相应具有一定的磁性或??较易被磁化。磨粒相通过镀层金属包覆在铁磁相表面，为保证在磁性磨料光整加工过程??中不会出现磨粒相或镀层金属脱落的情况，铁磁相与磨粒相应有较好的亲润性。??磨粒相是在磁性磨料光整加工过程中与工件直接接触的部分，可以根据被加工工件??的材料及性质的不同采用不同种类的磨粒相，因此磨粒相在具有一定强度的同时应具有??一定的物理和化学稳定性，以防止在加工过程中出现断裂或与工件发生理化变性等情??况。为提高磁性磨料的加工质量、延长使用寿命

性磨料的品质直接影响磁性磨料光整加工的加工效果。磁性磨料由铁磁相和磨粒相两部??分通过镀层金属结合而成，磁性磨料光整加工中较为常见的磁性磨料为颗粒状，其理想??结构为球体如图２．１所示。??图２．１磁性磨料理想结构示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｉｄｅａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ａｂｒａｓｉｖｅ??铁磁相是磁性磨料的基体部分，在进行磁性磨料光整加工时用磁头吸引磨料形成磨??粒刷，并通过控制磁场的大小和方向以满足加工需求，因此铁磁相应具有一定的磁性或??较易被磁化。磨粒相通过镀层金属包覆在铁磁相表面，为保证在磁性磨料光整加工过程??中不会出现磨粒相或镀层金属脱落的情况，铁磁相与磨粒相应有较好的亲润性。??磨粒相是在磁性磨料光整加工过程中与工件直接接触的部分，可以根据被加工工件??的材料及性质的不同采用不同种类的磨粒相，因此磨粒相在具有一定强度的同时应具有??一定的物理和化学稳定性，以防止在加工过程中出现断裂或与工件发生理化变性等情??况。为提高磁性磨料的加工质量、延长使用寿命

Ｗ?Ｗ??（ａ）?（ｂ）??图２．５管路布置方式示意图??Ｆｉｇ．?２．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ?ｌａｙｏｕｔ??由于布管方式的不同，流体在镀槽中的运动流向也不同，根据流体运动规律，分别??采用两种布管方式时的流体运动方向分别如图２．６所示。采用第一种布管方式时，流体??沿化学镀槽内壁由外侧至中心形成环流，由中心位置直伸至镀槽底部的管体对粒子运动??的阻碍作用较小；采用第二种布管方式时，流体沿镀槽内壁以逆时针方向形成环流，但??沿镀槽壁布置的管体会对流体中的粒子运动造成阻碍。因此采用将冲液管由中心直插至??化学镀槽半球形底部中心的布置方式。??
【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 谢留传;陈建民;;先进硬脆性材料复合加工技术的发展[J];国防制造技术;2009年06期

2 邹刚;谢华;;Ni-P-纳米SiC化学复合镀工艺的优化[J];机械工程材料;2008年04期

3 邓嘉胤;杨健;王乐勤;杜红霞;王娜;;光滑粒子动力学方法的固液二相流研究[J];浙江大学学报(工学版);2007年05期

4 刘菲菲;黄燕滨;赵艺伟;;空气搅拌对n-Al_2O_3/Ni–P化学复合镀层性能的影响[J];电镀与涂饰;2007年04期

5 卜金纬;黄根良;;复合化学镀几个关键工艺因素研究[J];表面技术;2006年04期

6 王振松,李良超,黄雄斌;固-液搅拌槽内槽底流场的CFD模拟[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年04期

7 黄新民,吴玉程,谢跃勤,宋皖英;Ni-P-纳米TiO_2化学复合镀层[J];中国表面工程;2001年03期

8 陈红玲,张银喜,郭燕莹;粘结磁性磨料的研究[J];太原理工大学学报;2001年05期

9 相英伟,张晋远,金成海;化学复合镀纳米金刚石粉的研究[J];材料工程;2000年04期

本文编号：2841275