收藏本站
《广东工业大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微磨料浆体射流的流体特性及其抛光模具钢研究

罗武生  
【摘要】:微磨料浆体射流抛光技术是在磨料水射流加工技术基础上发展起来的集流体力学、表面技术于一体的一种新型精密加工技术。其具有切削力低、无热变形、无污染、材料利用率高、几乎能抛光所有的材料和几何形状等优点,特别是在微小复杂曲面零件的精密抛光等方面,具有其它传统技术无可比拟的灵活性。目前国内外对微磨料浆体射流抛光技术只进行了一些探索性实验研究,还没有形成系统的理论体系。本文研究的微磨料浆体射流抛光技术结合了射流抛光技术和非牛顿流体技术的特点,利用添加高聚物聚丙烯酰胺(PAM)对射流束产生集束稳定作用,提出利用非牛顿流体的低压微磨料浆体射流对复杂精密金属模具局部实现可控切除量的精密抛光加工基础理论问题和加工工艺。采用理论、实验与计算机仿真相结合的研究方法,以高速摄影、冲击力测量、扫描电镜为手段研究了在普通微磨料水射流中加入高分子长链聚合物包覆微磨料和用流态化理论来混合浆体与微磨料来改善浆体的射流特性;采用计算流体力学和理论推导研究了微磨料浆体射流形成过程中浆体和磨粒的动力学特性、喷嘴的效率及系统能量传输效率;采用有限元分析研究微磨粒冲蚀工件的材料去除机理和工件材料的应力、应变分布规律及工件材料的等效塑性应变的影响因素:实现用微磨料浆体射流抛光40CrMnMo7模具钢。本文主要研究内容如下: (1)流化混合时,流化床混合罐内微磨粒在流化床中心位置上升,而在流化床沿壁的环形区下降,这个上升和下降的反向零点速度发生在无因次半径的0.6~0.7的位置范围内。反向零点的无因次半径位置的值随着浆体粘度和磨料粒径的增加而增加。流化床内沿着高度径向方向的浆体速度和浓度断面呈现抛物线形状。 (2)在射流压力分别为0.6MPa,1.2MPa和1.8MPa的压力下,用计算流体力学(CFD)仿真喷嘴出口的浆体最大速度分别为34.2m/s,48.4m/s和59.3m/s。CFD模型预测射流速度无论在趋势上还是数值上都能很好地符合实验数据和理论公式得出的数据。喷嘴出口到大气的一段时间内,动压、浆体速度继续增大,当在一定距离处达到最大的动压和速度后,动压和速度开始线性递减,然会非线性递减。磨料浆体射流的加工应用区域是速度常数和线性递减的区域。在微磨料浆体射流过程中,磨粒首先被加速直到接近浆体相的速度,当浆体和磨粒在集中管同时推进时,浆体保持一个比磨料高的加速度,从出口到大气,浆体相开始减速,由于磨粒和浆体存在相对速度,磨粒继续以较低的加速度加速,直到与浆体相速度达到一致。磨粒和浆体的滑移速度随着离出口越远而减少,直到滑移速度收敛到零。 (3)纯水射流、磨料浆体射流和加入高聚物的磨料浆体射流对Cr40MnMo7工件材料的冲击力信号的密集程度、峰值大小依次为添高聚物磨料浆体、磨料浆体、纯水射流。微磨料浆体射流与纯水射流的冲击力约相差20%。随着射流压力增大,喷嘴效率会降低,射流冲击力与水力能量之比也会降低,可通过射流冲击力与水力能量之比来评估喷嘴效率和优化喷嘴的结构。 (4)磨粒撞击工件的最大残余应力、最大应力与撞击速度呈线性关系,冲蚀率与撞击角度呈类似抛物线关系。在75°撞击角度出现一个冲蚀应力的峰值,在55°左右出现应变的峰值。经过3个粒子冲击后体积去除率保持稳定。带尖角的磨粒形状对冲击工件点冲击导致较大的应力和材料去除率。当冲击角小于15°时的小角度冲击工件时,浅的耕犁和粒子的卷边是主要的冲蚀方式,当冲击角大于15°小于750时,材料的冲蚀方式主要是微切削和深犁耕,当以冲击角大于75°小于90°时,则主要是以凹坑和隆起对材料去除起作用。入射角度在30°~60°之间时,材料去除量随着入射角度的增大而增大,当入射角在60°到75°范围内时,材料去除量达到最大,然后在750~90°范围内,材料去除量又随着入射角度的增大而逐渐减少。 (5)微磨料浆体射流抛光40CrMnMo7模具钢表面较微磨料水射流抛光时,磨粒对工件的嵌入少,定点较大材料的去除抛光较喷嘴有一定移动速度的较少材料的去除抛光嵌入工件表面的磨粒相对较多。长链高聚物聚丙烯酰胺(PAM)的加入,磨料浆体射流抛光特性在过渡面陡峭切痕较深,在较小喷射距离的范围内,添加高聚物的磨料射流对材料的切除深度是普通磨料水射流的1.5-2倍,但在较大的喷射距离范围内(通常大于40mm),去除深度存在明显的差异;添加高聚物#2000SiC磨料颗粒对工件抛光45min,工件表面粗糙度能够达到Ra=0.049μm。微磨料浆体射流抛光,微磨粒适宜的使用周期是连续循环使用一次。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG664

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 罗卓;微磨料浆体射流加工机理研究[D];广东工业大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 方慧;郭培基;余景池;;液体喷射抛光技术材料去除机理的有限元分析[J];光学精密工程;2006年02期
2 方慧,郭培基,余景池;液体喷射抛光材料去除机理的研究[J];光学技术;2004年02期
3 阎秋生 ,张自强,唐延辉;磨料喷射微细加工应用基础研究——喷嘴设计及加工试验[J];金刚石与磨料磨具工程;2002年02期
4 武利生,李元宗;磨料流加工研究进展[J];金刚石与磨料磨具工程;2005年01期
5 王明波,王瑞和;喷嘴内液固两相射流流场的数值模拟[J];石油大学学报(自然科学版);2005年05期
6 杨永印,王瑞和,周卫东;PAM对磨料浆体射流速度的影响规律研究[J];石油钻探技术;2001年01期
7 阎秋生;微磨料气射流加工的原理和应用[J];新技术新工艺;2004年04期
8 刘小健,俞涛;磨料浆体射流切割中添加剂的性能及试验研究[J];现代制造工程;2005年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨佩旋;微磨料浆体射流加工工艺研究[D];广东工业大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王谭;程灏波;冯云鹏;董志超;;典型光学加工中边缘效应仿真分析[J];北京理工大学学报;2011年09期
2 黄颖;张向军;李勇;李晓民;;喷油嘴微喷孔挤压研磨液及其试验研究[J];中国表面工程;2011年05期
3 邵飞;刘洪军;马颖;;磨料水射流抛光技术及其发展[J];表面技术;2007年03期
4 刘志东;王景丽;陈劲松;田宗军;黄因慧;;喷射电沉积多孔镍[J];材料科学与工程学报;2008年06期
5 王景丽;刘志东;黄因慧;田宗军;陈劲松;;喷射电沉积制备泡沫金属喷嘴型腔流场分析及实验研究[J];电加工与模具;2008年02期
6 张明星;陈海焱;颜翠平;;背压和热压缩空气对流化床气流粉碎的影响[J];非金属矿;2009年01期
7 张学成;戴一帆;李圣怡;彭小强;;基于CFD的磁射流抛光去除机理分析[J];国防科技大学学报;2007年04期
8 刘莉莉;邓建新;丁明伟;;梯度功能陶瓷喷嘴物理模型设计[J];工具技术;2005年12期
9 车翠莲;黄传真;朱洪涛;李全来;刘丽芳;;磨料水射流抛光技术的研究现状[J];工具技术;2007年10期
10 尚广庆;孙春华;;纳米切削加工模型的研究[J];工具技术;2007年11期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 张从领;张雷;张立锋;李大奇;赵云伟;;抛光用电流变液性能实验研究[A];增强自主创新能力促进吉林经济发展——启明杯·吉林省第四届科学技术学术年会论文集(上册)[C];2006年
2 赵韡;王信用;郭楚文;;磨料水射流表面成型过程的摩擦磨损现象研究[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张俊秋;耦合仿生抗冲蚀功能表面试验研究与数值模拟[D];吉林大学;2011年
2 李俊烨;微小孔磨粒流抛光装置的研制与工艺研究[D];长春理工大学;2011年
3 钱双庆;表面织构电解加工技术的基础研究与应用[D];南京航空航天大学;2011年
4 李兆泽;磨料水射流抛光技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
5 郑重;基于数值模拟的模具设计与等离子熔积过程研究[D];华中科技大学;2011年
6 刘增文;硬脆材料冲蚀机理及前混合微细磨料水射流抛光技术研究[D];山东大学;2011年
7 车翠莲;硬脆材料曲面的磨料水射流抛光技术研究[D];山东大学;2011年
8 张智海;铣削工艺系统瞬态力学模型和非线性动力学特性的研究[D];清华大学;2001年
9 韩雪松;超精密切削技术的多尺度数值模拟研究[D];天津大学;2004年
10 刘小健;磨料浆体射流技术及其机理研究[D];上海大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵培锋;基于有限元方法的磨料流加工数值模拟研究[D];太原理工大学;2011年
2 杨晓春;面向孔表面气粒两相强制环流光整加工数值模拟和实验研究[D];太原理工大学;2011年
3 沈艳霞;锥直喷嘴淹没磨料水射流的数值模拟[D];东北石油大学;2011年
4 赵磊;小孔磨粒流抛光技术研究[D];长春理工大学;2011年
5 张欣耀;精密微小孔电解磨削复合扩孔加工技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 宫斌;基于“游离态”的液固两相软性磨粒流的加工理论研究与数值模拟分析[D];浙江工业大学;2010年
7 张玲花;胶体液流动压空化射流抛光流场数值模拟及实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 赵艳萍;基于天然气藏增产改造关键设备喷嘴的优化设计与实验研究[D];重庆大学;2010年
9 曹晓丰;水导激光切割机运动平台设计与分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 王家明;微细磨粒喷射加工的机理及其实验研究[D];南京航空航天大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 方慧;郭培基;余景池;;液体喷射抛光技术材料去除机理的有限元分析[J];光学精密工程;2006年02期
2 方慧,郭培基,余景池;液体喷射抛光材料去除机理的研究[J];光学技术;2004年02期
3 程谟栋;王成勇;樊晶明;徐晓东;;微磨料水射流加工技术的发展[J];金刚石与磨料磨具工程;2007年04期
4 杨佩旋;王成勇;廖艳培;袁慧;;微磨料浆体射流抛光技术[J];金刚石与磨料磨具工程;2008年03期
5 王明波,王瑞和;喷嘴内液固两相射流流场的数值模拟[J];石油大学学报(自然科学版);2005年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 程谟栋;微磨料水射流加工装置设计与工艺研究[D];广东工业大学;2007年
2 杨佩旋;微磨料浆体射流加工工艺研究[D];广东工业大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许菊华,张向宇;磨粒流介质在抛光工艺中的应用[J];材料工程;1993年01期
2 陆纪培;张斌;孙允臣;杜松岩;;粘性磨料对挤压珩磨加工效果的影响[J];电加工;1989年02期
3 张学仁;于华;陈洪勋;;挤压珩磨对线切割表面性能的影响[J];电加工;1989年05期
4 陈济轮;特种加工技术在航天发动机制造中的应用[J];电加工与模具;2003年02期
5 王永青,周根然,张卓;三相磨粒流喷射加工工艺研究[J];电加工;1995年06期
6 王立军,张宏方,王德民;影响聚合物溶液流变性能的因素分析[J];大庆石油学院学报;2002年04期
7 续栋梁;李元宗;刘强;轧刚;阎慕良;;磨料流加工对齿轮精度的分析及其降噪效果[J];电子工艺技术;1991年01期
8 李秉栋,王建华;磨料流抛光技术在纺织机械零件加工中的应用[J];纺织机械;2002年02期
9 朱兆兰;;光整加工新技术——挤压珩磨[J];机械工厂设计;1990年03期
10 张峰,余景池,张学军,王权陡;磁流变抛光技术[J];光学精密工程;1999年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 侯荣国;磨料水射流切割性能和喷嘴内外流场的仿真研究[D];山东大学;2006年
2 程谟栋;微磨料水射流加工装置设计与工艺研究[D];广东工业大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘小健,俞涛;一种新型磨料射流切割技术的研究试验[J];机械制造;2005年02期
2 刘小健;俞涛;;磨料浆体射流技术的应用研究[J];机械制造;2006年06期
3 刘小健;俞涛;;磨料浆体射流切割机床及切割性能研究[J];润滑与密封;2006年11期
4 刘小健;毕俊喜;俞涛;;磨料浆体射流切割机床中切割质量研究[J];制造技术与机床;2006年03期
5 周景军;俞涛;胡贵华;熊峰;齐蔚华;鲁强;;磨料浆体射流技术中环氧板材料切割参数的研究[J];机床与液压;2008年05期
6 李明辉;蔡红霞;刘丽兰;刘林生;俞涛;;磨料浆体流针阀体研磨技术研究[J];制造技术与机床;2010年04期
7 周景军;熊峰;胡贵华;俞涛;;磨料浆体射流技术中脆性材料切割参数的研究[J];机械制造;2007年08期
8 柏余杰;蔡红霞;俞涛;李明辉;;磨料浆体射流去毛刺技术在喷油器体台阶孔上的应用[J];制造技术与机床;2009年04期
9 刘小健;俞涛;;磨料浆体射流技术及其切割性能试验研究[J];机械工程学报;2006年04期
10 刘庭成;刘焱;范晓红;;前混合磨料连续水射流钢材除鳞除锈系统分析[J];冶金设备;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 连海山;郭钟宁;陈春沐;;超声加工中单磨粒冲击对材料去除率的仿真[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
2 徐盛林;;气体中的放电加工工艺[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
3 魏昕;熊伟;袁慧;杜宏伟;;化学机械抛光机理的建模分析[A];全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集(二)[C];2004年
4 田业冰;郭东明;康仁科;金洙吉;;大尺寸硅片自旋转磨削的试验研究[A];全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集(二)[C];2004年
5 闫艳燕;赵波;焦锋;刘传绍;;二维超声振动磨削陶瓷材料去除机理研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
6 王超群;康敏;;超声波加工工艺的材料去除率建模及试验研究[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
7 王超群;康敏;;超声波加工工艺的材料去除率建模及试验研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
8 纪仁杰;刘永红;张彦振;李小朋;刘静;;不同添加剂对电火花加工工作液的影响[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
9 李磊;顾琳;赵万生;;多孔内冲液集束电极电火花加工极间流场仿真及试验研究[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
10 高清;张勤河;张建华;胡宝林;;混粉准干式电火花精密加工技术研究[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 ;青海两项目获国家科技重大专项支持[N];中国高新技术产业导报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗武生;微磨料浆体射流的流体特性及其抛光模具钢研究[D];广东工业大学;2011年
2 冯冬菊;超声波铣削加工原理及相关技术研究[D];大连理工大学;2006年
3 刘瑞鸿;二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究[D];大连理工大学;2009年
4 胡玉景;超声振动—磨削—脉冲放电复合加工技术及其智能控制的研究[D];山东大学;2006年
5 曾伟民;旋转超声钻削先进陶瓷的基础研究[D];华侨大学;2006年
6 魏冰阳;螺旋锥齿轮研磨加工的理论与实验研究[D];西北工业大学;2005年
7 李军;硬脆材料超精密加工关键技术研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2007年
8 李小朋;非导电工程陶瓷高效电火花磨削技术及机理研究[D];中国石油大学;2007年
9 焦锋;工程陶瓷超声辅助固着磨料高效研磨机理及试验研究[D];上海交通大学;2008年
10 王永光;基于分子量级的化学机械抛光材料去除机理的理论和试验研究[D];江南大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗卓;微磨料浆体射流加工机理研究[D];广东工业大学;2013年
2 胡绍波;面向光学玻璃的精密加工技术研究[D];东华大学;2011年
3 田业冰;硅片超精密磨削表面质量和材料去除率的研究[D];大连理工大学;2005年
4 武昌壕;超硬微结构光学表面振动辅助抛光工艺研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
5 肖德贤;旋转超声波铣削加工技术的实验研究[D];大连理工大学;2004年
6 李利;喷雾电火花加工的实验研究[D];上海交通大学;2007年
7 翟玉山;平面曲线轮廓数控加工过程几何仿真及进给速度优化研究[D];湖南大学;2007年
8 郭瑾;数控旋转超声波加工技术的基础研究[D];南京农业大学;2007年
9 张然;ULSI铜互连层CMP抛光液研究[D];大连理工大学;2007年
10 章建群;非接触化学机械抛光的材料去除机理研究[D];北京交通大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026