航空航天領(lǐng)域中大量應(yīng)用了精密管接頭、活門、轉(zhuǎn)換開關(guān)等零件,零件的可靠性直接影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。某機中應(yīng)用的精密接頭材料為30CrMnSiA,材料的塑性使得機加工相貫孔后出現(xiàn)了毛刺從而影響了液壓系統(tǒng)的安全性。實際生產(chǎn)中采用手工的方法對毛刺進行去除,由于毛刺處于內(nèi)部相貫處,使得手工去除加工難度大、效率低。精密接頭內(nèi)部中央大孔的表面質(zhì)量對系統(tǒng)性能也有顯著影響。磨料流加工技術(shù)在內(nèi)腔去毛刺和內(nèi)流道拋光方面有獨特優(yōu)勢,綜合考慮引入磨料流加工技術(shù)對精密接頭進行去毛刺并提高中央大孔的表面質(zhì)量。本文運用理論分析、模擬仿真和實驗的方法對磨料流加工精密接頭的機理與工藝進行了研究,主要內(nèi)容包括:了解假塑性非牛頓流體磨料的流變性質(zhì),通過水浴的實驗方法探究了磨料的“粘溫特性”,發(fā)現(xiàn)其粘度隨溫度升高而降低。分析了加工中精密接頭內(nèi)部的流速分布規(guī)律。研究了加工過程中接觸區(qū)域內(nèi)磨粒顆粒的受力情況,探究了去毛刺和中央大孔拋光的材料磨損去除方式并分析了其材料去除的過程。經(jīng)過工件分析、磨料路徑規(guī)劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計和夾具效果驗證等步驟設(shè)計了去毛刺和內(nèi)孔拋光兩套夾具。大孔拋光中引入了變徑芯模來解決軸向去除量不均勻的問題,為解決量產(chǎn)工件尺寸波動而導致引流段尺寸無法確定的問題,提出了間隙引流段的方法。利用非牛頓流體廣義雷諾數(shù)判斷式,并結(jié)合精密接頭的數(shù)據(jù)對其內(nèi)部磨料流動狀態(tài)進行判斷,發(fā)現(xiàn)其處于層流狀態(tài)。觀察Fluent仿真結(jié)果中速度和壓力的變化探究了磨粒粒徑和加工壓力對去毛刺效果的影響,并通過單因素實驗對仿真結(jié)果進行了驗證。借助仿真確定了變徑芯模和引流段間隙的尺寸:變徑芯模下底面直徑為5mm上頂面直徑為6mm,間隙距離為3mm,并通過實驗驗證了其效果。通過單因素實驗研究了環(huán)烷油、白油和硅油質(zhì)量含量對磨料粘度的影響,并通過正交實驗發(fā)現(xiàn)了粘度調(diào)節(jié)能力最強的添加劑組合:硅油含量為3%,白油含量為2%,環(huán)烷油含量為3%。加工實驗中通過正交實驗對去毛刺和大孔拋光的工藝參數(shù)進行了優(yōu)化,優(yōu)化后去毛刺工藝參數(shù)為SiC磨粒粒徑46目,加工壓力20MPa,磨料用量6000ml;大孔拋光工藝參數(shù)為SiC磨粒粒徑180目,加工壓力20MPa,磨料用量10000ml。最后研究了有效的磨料后清洗方案并進行了環(huán)保性評估。本文對精密接頭加工機理與工藝的研究,為磨料流在更為復雜的難加工航空精密件上的應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V261
【部分圖文】：

磨料流光整加工技術(shù)的優(yōu)越性尤為突出。其工作原理如圖1.1 所示，介質(zhì)缸內(nèi)的活塞推動磨料流經(jīng)工件進行加工。(a)上磨料缸作用前 (b)上磨料缸作用后圖 1. 1 磨料流拋光原理圖1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 磨料流加工機理的研究現(xiàn)狀磨料流加工機理研究屬于基礎(chǔ)性研究，對磨料流加工有著極其重要的理論指導作用，主要包括以下幾個研究方面：（1） 磨料流動狀態(tài)磨料在工件內(nèi)流動主要有層流和湍流兩種狀態(tài)。層流流動中其質(zhì)點沿著軸向作平滑直線運動，湍流中流體質(zhì)點相互摻雜且運動雜亂，有一定的隨機性。在磨料流加工中工件流道形狀和加工參數(shù)不同可能導致流動狀態(tài)不同，磨料的流動狀態(tài)主要依靠雷諾數(shù)來判斷[23]。磨料流加工的前提是流動的磨料與壁面間存在相對速度，稱之為 壁滑速度 ，這與經(jīng)典流動理論有所差異。華南理工大學的湯勇[24, 25]等人觀察含有示蹤粒子的磨料流過透明玻璃管，發(fā)現(xiàn)壁滑速度與磨料均速、磨料粘度、潤滑狀況有關(guān)聯(lián)，且壁滑速度越大加工效果越明顯。宋桂珍、董志國[26-28]近年也做了很多相關(guān)研究，他們根據(jù)流變特性和動量守恒的Navier-Stokes方程

南京航空航天大學碩士學位論文除材料主要依靠滑擦和耕犁的方式。材料的去除過程包括彈性、塑性和脆性破壞階段[32]。在磨粒與壁面的切削具體受力研究中磨粒模型大致分為兩種，一種將磨粒簡化為球形顆粒對壁面材料進行滑擦去除[33-35]，如圖 1.2 所示。另一種將磨粒顆粒簡化為多面體形狀[36]，如圖1.3 所示。

如圖 1.2 所示。另一種將磨粒顆粒簡化為多面體形狀[36]，如圖1.3 所示。圖 1. 2 球形磨粒切削示意圖 圖 1. 3 多面體磨粒切削示意圖（3） 材料去除量磨料流加工材料去除量宏觀上滿足磨削加工的 Preston 方程。浙江工業(yè)大學的計時鳴[37]等人分析了 Preston 方程在磨料流中的應(yīng)用，并對其進行了系數(shù)修正使其能夠更加符合軟性磨料流加工的分析要求。本文將在國內(nèi)外學者研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合精密接頭具體的結(jié)構(gòu)和所用磨料對磨料流動狀態(tài)和切削機理進行研究。1.3.2 磨料流加工磨料的研究現(xiàn)狀磨料流加工的其中一個優(yōu)點就是磨料具有流動性，其流動能力及切削加工能力等都與磨料的性能有很大關(guān)系，磨料的研究包括以下部分：（1） 磨料的配置研究磨料包括磨粒顆粒和磨料介質(zhì)。通常的磨粒種類有碳化硅、氧化鋁、金剛石等，磨料介質(zhì)通常為高分子復合材料，此外還摻有包括潤滑劑在內(nèi)的其他添加劑。各組分不同的含量配比都會對磨料的性能產(chǎn)生影響，Agrawal[38]等人通過實驗測定了磨料介質(zhì)的蠕變?nèi)崃亢蛷椥阅Ａ坎⑼ㄟ^實驗結(jié)果對磨料的粘度進行了預測，實驗結(jié)果還表明磨料的粘度隨著磨粒顆粒含量的增加而增大。閻慕良和陸紀培率先開展了磨料流加工技術(shù)的實驗研究，通過大量的磨料配比和加工驗證實驗研制出了性能較好的磨料[39, 40]。大連理工高航教授課題組在航空葉輪磨料流加工可行性分析的研究中成功研制了磨料，基體選用丁苯橡膠，含量 15~35%；溶劑油選用輕油；增塑劑選用環(huán)烷油，含量 3%~10%；潤滑劑采用硅油，含量 5~7%；熱穩(wěn)定劑選用硬質(zhì)酸鈉

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本文編號：2820387