基于磨料水射流的人工关节球头曲面加工工艺研究

发布时间：2020-12-28 11:12

　　采用传统的抛光方法对钛合金人工关节球头曲面进行表面处理,抛光精度和效率低、易变形、表面易损伤、存在边缘效应等局限性。鉴于此,本文从磨料水射流基本理论及射流抛光材料的去除机理出发,对比分析了不同工艺参数对射流冲蚀流场的影响,探究了工艺参数对钛合金试件表面质量的影响规律,建立了磨料水射流抛光工件的表面质量预测模型并优化了工艺参数。具体如下:(1)磨料水射流理论分析及材料去除机理研究。分析了射流的结构、基本参数及射流的基本原理,确定了喷嘴的最优形状;结合工件表面的受力分析,对磨料射流抛光工件材料的去除机理进行研究,结果表明:磨料射流抛光工件时材料的去除机制是冲击和剪切两种形式共同作用的结果。(2)工艺参数对射流冲蚀流场影响的对比分析。建立了射流抛光的流场域模型,分析了界面的压力分布与速度分布情况,得到了冲蚀过程中两者所占比重;分析了射流参数及加工参数对流场的影响,得到了磨料粒径、磨料浓度、射流压力、冲蚀角度、冲蚀靶距对冲蚀界面压力场和速度场的影响规律。(3)工艺参数对抛光工件表面质量的影响研究。设计了单因素影响实验,得到了粒径、浓度、压力、靶距和角度对抛光工件表面粗糙度及表面硬度的影响规律;... 

【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 背景及意义
        1.1.1 背景介绍
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 水射流技术概述
        1.2.1 水射流及水射流分类
        1.2.2 磨料水射流
        1.2.3 磨料射流抛光技术及特点
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 钛合金抛光研究现状
        1.3.2 水射流技术研究现状
        1.3.3 磨料射流抛光研究现状
    1.4 课题工作内容
第二章 磨料水射流相关理论与机理研究
    2.1 流体力学基本理论
        2.1.1 流体动力学方程
        2.1.2 孔口流动基本理论
    2.2 水射流理论基础
        2.2.1 射流结构
        2.2.2 射流基本参数
    2.3 水射流抛光去除机理
        2.3.1 磨料冲蚀过程中的受力分析
        2.3.2 材料去除机理研究
        2.3.3 单磨粒去除作用力模型
    2.4 本章小结
第三章 磨料水射流冲蚀流场分析
    3.1 FLUENT仿真实验基础
        3.1.1 仿真模型的简化与建立
        3.1.2 建模及求解条件设定
        3.1.3 仿真参数及方案设计
    3.2 磨料射流冲蚀流场分析
    3.3 射流参数对冲蚀区域流场的影响分析
        3.3.1 磨料粒径对冲蚀区域流场的影响
        3.3.2 磨料浓度对冲蚀区域流场的影响
        3.3.3 射流压力对冲蚀区域流场的影响
    3.4 加工参数对冲蚀区域流场的影响分析
        3.4.1 冲蚀靶距对冲蚀区域流场的影响
        3.4.2 冲蚀角度对冲蚀区域流场的影响
    3.5 本章小结
第四章 工艺参数对表面质量影响规律探究
    4.1 实验条件及实验方案
        4.1.1 实验设备及试样制作
        4.1.2 表面质量的检测与评定
        4.1.3 实验方案及实验结果
    4.2 工艺参数对表面质量的影响分析
        4.2.1 磨料粒径对表面质量的影响
        4.2.2 磨料浓度对表面质量的影响
        4.2.3 射流压力对表面质量的影响
        4.2.4 冲蚀靶距对表面质量的影响
        4.2.5 冲蚀角度对表面质量的影响
    4.3 参数对抛光质量的影响显著性分析
        4.3.1 因素水平及实验方案
        4.3.2 实验结果及极差分析
    4.4 本章小结
第五章 表面质量预测模型建立及工艺参数优化
    5.1 磨料射流抛光曲面与平面对比
    5.2 实验材料及实验方案
        5.2.1 实验材料及方案
        5.2.2 实验方案及结果
    5.3 基于响应面的表面质量预测模型
        5.3.1 预测模型建立及可靠性验证
        5.3.2 预测模型参数显著性检验
        5.3.3 工艺参数交互对表面质量的影响分析
    5.4 基于GA遗传算法的工艺参数优化研究
        5.4.1 GA遗传算法概念
        5.4.2 多目标优化基本理论
        5.4.3 工艺参数优化及验证
    5.5 本章小结
主要结论与展望
    主要结论
    展望
致谢
参考文献
附录 :作者在攻读硕士学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]提升磨料水射流抛光去除效率的参数研究[J]. 郭宗福,金滩,李平,曲美娜,卢安舸.  金刚石与磨料磨具工程. 2017(06)
[2]磨料水射流抛光45钢工艺参数优化[J]. 张文超,武美萍.  机械设计与研究. 2017(06)
[3]磨料水射流冲蚀金属损伤形貌特征及机理研究[J]. 陈晓晨,邓松圣,管金发,陈明,陈雁.  摩擦学学报. 2018(01)
[4]砂布轮抛光工艺参数对TC4表面粗糙度影响规律的研究与分析[J]. 淮文博,唐虹,李虹.  西安理工大学学报. 2017(02)
[5]基于FLUENT的磨料水射流抛光喷嘴的流场仿真[J]. 王志阳,王凯.  中国设备工程. 2017(09)
[6]磨料水射流抛光不锈钢工件表面质量的研究[J]. 宋岳干,宋丹路,张文利.  电加工与模具. 2016(06)
[7]高温合金和钛合金材料的橡胶轮数控抛光试验[J]. 陈宇飞,崔伟,李勋,陈志同,李秀琴.  航空制造技术. 2015(S2)
[8]基于磨料水射流的陶瓷材料车削加工[J]. 武美萍,缪小进,苗新刚,叶建友.  机械设计与研究. 2015(06)
[9]磨料射流表面抛光研究综述[J]. 陈逢军,唐宇,苗想亮,尹韶辉.  表面技术. 2015(11)
[10]磨料水射流加工去除模型研究[J]. 张成光,张勇,张飞虎,栾殿荣.  机械工程学报. 2015(07)

博士论文
[1]厚材料3D水射流精密切割切缝特性研究[D]. 王舒.重庆大学 2017
[2]硬脆材料曲面的磨料水射流抛光技术研究[D]. 车翠莲.山东大学 2011
[3]微磨料浆体射流的流体特性及其抛光模具钢研究[D]. 罗武生.广东工业大学 2011
[4]磨料水射流抛光技术研究[D]. 李兆泽.国防科学技术大学 2011
[5]精密磨料水射流加工硬脆材料冲蚀机理及抛光技术研究[D]. 朱洪涛.山东大学 2007

硕士论文
[1]TC4钛合金离子抛光工艺及机理研究[D]. 毕永琛.哈尔滨工业大学 2018
[2]磨料水射流抛光加工工艺参数优化研究[D]. 陈正雄.江南大学 2017
[3]微沟槽低黏度磨粒流抛光工艺研究[D]. 苗想亮.湖南大学 2017
[4]连续加砂前混合磨料水射流系统的优化设计与实验研究[D]. 李良伟.重庆大学 2017
[5]磨料水射流玉石抛光系统研制与实验研究[D]. 宋雨轩.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：2943654