滚磨光整加工动力学变量的模拟仿真与测试

发布时间：2017-08-17 17:34

  本文关键词：滚磨光整加工动力学变量的模拟仿真与测试

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【摘要】：机械零件的表面质量对设备的耐磨性、配合精度、抗腐蚀性、接触刚度、抗疲劳强度、可靠性及寿命等机械设备的性能都有十分重要的影响。表面加工技术可以根据需要对零件进行去毛刺、除飞边、降低表面粗糙度，改善零件表面应力状态；去除零件毛坯在铸锻、冲压、焊接之后表面存在的氧化层、粘砂及残留焊渣，保证毛坯零件的表面质量；对切削加工后的零件进行棱边倒圆、去除毛刺、消除微观裂纹，改善物理力学性能。滚磨光整加工技术作为一种典型的自由磨具表面光整加工方法，因为具有加工成本低、加工效果好、加工效率高及加工设备简单等优点，因此在实际生产加工中得到了广泛的应用。 一直以来对滚磨光整加工机理都停留在理论的定性分析上，本文通过应用三维离散元软件EDEM对滚磨光整加工过程进行仿真，并应用相关测试装置进行测试分析，对加工过程中磨料的运动、磨料对工件的作用、工件运动的动力学变量进行定量化数值分析。本文主要研究内容如下： 1.通过改变离心式滚磨光整加工中滚筒轴线的方向，分析卧式、立式离心式滚磨光整加工中各种动力学变量的异同，及每种加工的优缺点。仿真结果表明：与卧式离心式滚磨光整加工相比，立式离心滚磨中磨料的运动更剧烈，运动不平稳，作用力不均匀。 2.通过设置不同填充率,分析填充率对离心式滚磨光整加工的影响。仿真结果表明：填充率为30%时磨料速度差异很大、翻滚剧烈，磨料对工件作用力较大；填充率为90%时磨料无法形成强制流动层，磨料整体运动缓和，与工件的相对运动很微弱；填充率为50%、65%时，磨料的强制流动层明显，加工流动层较长，而且滑移层磨料的运动速度较均匀，有利于加工。 3.通过设置不同传动比n/N，分析传动比对离心式滚磨光整加工的影响。对不同传动比下磨料的平均速度、法向接触力、切向接触力等动力学变量进行分析，得到加工中存在最佳传动比n/N，达到理想加工效果。 4.在振动式滚磨光整加工设备中应用动态式压力传感器，测量加工过程中偏心块夹角、工件埋入深度等因素对加工过程的影响，并分析了固定工件加工过程中受力最大的装夹角。测试数据表明：偏心块的夹角对磨料的运动及磨料与工件的相互作用有一定的影响；在一定加工深度内，磨料对工件的作用力随着埋入深度的增加而增大，但随着埋入深度的增加，，磨料对工件的作用力增幅陡增；工件在加工过程中的运动具有明显周期性；固定工件加工装夹角α=20o时磨料会以工件为中心聚集，此时工件所受作用力最大。 本文通过应用三维离散元EDEM软件从微观运动方面对离心式滚磨光整加工过程中磨料的运动、磨料对工件的作用力等方面进行了定量化分析，并对振动式滚磨光整加工作用力进行测试及相关定量分析，完善了滚磨光整加工的相关理论，填补了其定量化分析的空白。
【关键词】：滚磨光整加工 EDEM 滚筒轴线方向 填充率 传动比 动力学变量
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 表面光整加工技术综述11-15
• 1.2.1 表面光整加工技术的含义11-12
• 1.2.2 表面光整加工技术的分类12-15
• 1.3 滚磨光整加工定量化分析国内外研究现状15-18
• 1.4 三维离散元软件的简介18-21
• 1.4.1 三维离散元法定义18-19
• 1.4.2 离散元软件 EDEM 的计算原理及计算模型19-20
• 1.4.3 离散单元法的国内外研究现状20-21
• 1.5 课题的研究背景及主要研究内容21-22
• 1.5.1 课题的研究背景21
• 1.5.2 课题的主要研究内容21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 第二章 滚筒轴线对离心式滚磨光整加工影响的模拟仿真23-35
• 2.1 离心式滚磨光整加工简介23-25
• 2.2 仿真参数设置25-27
• 2.2.1 设备及加工参数设置25
• 2.2.2 EDEM 的参数设置25-26
• 2.2.3 Hertz-Mindlin 无滑动接触模型26-27
• 2.3 卧式、立式离心式滚磨光整加工中速度的分析27-29
• 2.4 卧式、立式离心式滚磨光整加工过程中动力学变量的分析29-33
• 2.4.1 加工过程中磨料对工件的接触力分析29-31
• 2.4.2 加工过程中工件总能量的变化31-32
• 2.4.3 工件间的相互作用32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 填充率对卧式离心式滚磨光整加工影响的模拟仿真35-47
• 3.1 卧式离心式滚磨光整加工过程中磨料的运动分析35-36
• 3.2 填充率对卧式离心式滚磨光整加工实践的影响36-37
• 3.3 仿真参数设置37-39
• 3.4 磨料速度的仿真分析39-40
• 3.5 填充率对卧式离心式滚磨光整加工动力学变量的影响40-45
• 3.5.1 填充率对法向、切向接触力的影响40-44
• 3.5.2 填充率对加工过程中工件总能量的影响44-45
• 3.6 实验验证45
• 3.7 本章小结45-47
• 第四章 传动比对卧式离心式滚磨光整加工影响的模拟仿真47-57
• 4.1 传动比范围的理论计算47-48
• 4.2 传动比对加工过程中运动的影响48-51
• 4.2.1 传动比对磨料流态的影响48-51
• 4.2.2 传动比对工件及磨料速度的影响51
• 4.3 传动比对卧式离心式滚磨光整加工动力学变量的影响51-54
• 4.3.1 传动比对法向、切向接触力的影响51-53
• 4.3.2 传动比对加工过程中工件能量的影响53-54
• 4.4 实验验证54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 振动式滚磨光整加工的测试分析57-75
• 5.1 引言57-58
• 5.2 传感器的基本概论58-60
• 5.2.1 传感器的分类58-59
• 5.2.2 常用测力传感器59-60
• 5.3 振动式滚磨光整加工动力学变量的测试与分析60-74
• 5.3.1 振动式滚磨光整加工机理60-61
• 5.3.2 影响加工效果的主要因素61-62
• 5.3.3 滚筒振动频率的测试62-63
• 5.3.4 偏心块夹角(α0)对作用力的影响63-65
• 5.3.5 固定工件埋入深度对作用力的影响65-67
• 5.3.6 振动式滚磨光整加工过程中工件运动周期性的分析67-71
• 5.3.7 固定工件加工过程中最大作用力方向的确定71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文83-85
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目85

【参考文献】

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本文编号：690270