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液体磁性磨具加工表面速度与应力场分析研究

邢满禧  
【摘要】: 液体磁性磨具是应用磁致相变原理研制的一种新型精密光整加工用磨具,在无外加磁场时,该磨具呈标准的牛顿流体,可以和工件充分接触。而在施加磁场之后,该磨具的表观粘度和剪切屈服应力增加几个数量级以上,由牛顿流体迅速相变为类固体,而且这种变化是连续的、可逆的,一旦去掉外部磁场,又恢复为牛顿流体。液体磁性磨具的这种独特的流变特性,使液体磁性磨具类似于一个“柔性”砂轮,能够与各种型面的零件很好地贴合在一起,当磨具和工件有相对运动时就可以实现对工件的光整加工。 本文在目前液体磁性磨具已有研究的基础上,采用理论分析、数值模拟相结合的方法对液体磁性磨具及其光整加工进行了系统的研究:首先简要的介绍了液体磁性磨具的概念、组成、物理性质、微观流变机理,以及液体磁性磨具光整加工的机理、材料去除模型、实验装置、工艺参数等相关基本理论,然后归纳总结了现有液体磁性磨具的微观和宏观剪切应力模型;利用临界雷诺数法确定了光整加工中液体磁性磨具的流动状态,在流动状态确定的基础上,利用非牛顿流体力学和张量分析的理论并结合双粘度模型,建立了液体磁性磨具光整加工的流体动力学模型,明确了光整加工中液体磁性磨具运动学和动力学特性,得到了液体磁性磨具的剪切应力和速度场分布;接着讨论确定了液体磁性磨具的分析区域,并借助有限元分析软件-ANSYS,分析和比较了施加磁场前后的液体磁性磨具的剪切应力和速度场;最后对全文进行了总结,并提出了分析中出现的问题和不足,同时展望了下一步的研究工作。


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