【摘要】：磨粒流加工的柔性與高仿形性特性,以及高效、加工操作簡便等特點,使其在復(fù)雜曲面的拋光中表現(xiàn)出獨特的技術(shù)優(yōu)勢,在諸如復(fù)雜曲面五金零件內(nèi)腔表面、模具腔體、液壓閥類零件中得到廣泛應(yīng)用,但是在拋光過程中很容易產(chǎn)生邊角“過拋”、“欠拋”或“倒圓”問題,限制了其在諸如精密軸承內(nèi)外滾道、葉輪葉片等要求精準幾何形狀精度的高性能零件加工的推廣應(yīng)用。如何消減傳統(tǒng)磨粒流拋光過程中的“過拋”、“欠拋”或“倒圓”問題,一直是亟待解決的技術(shù)難題之一。本文以復(fù)雜曲面內(nèi)腔體零件表面的磨粒流的精密拋光為研究對象,在廣泛調(diào)研和消化吸收國內(nèi)外先進研究成果的基礎(chǔ)上,首先從磨粒流的流動特性理論分析入手,開展磨粒流加工機理的深入研究,在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新提出了磨粒流小壓差均勻化拋光新方法,建立了基于背壓控制的磨粒流介質(zhì)出入口壓差控制方法,提出了基于液壓缸-磨料缸-磨料介質(zhì)比例控制的磨粒流介質(zhì)壓力場均勻化調(diào)控策略,并以此為基礎(chǔ)研制了旋轉(zhuǎn)磨粒流拋光工藝裝備原理樣機,進行了大尺寸滾動軸承空心滾子拋光應(yīng)用驗證試驗,以及大尺寸滾動軸承套圈滾道的拋光應(yīng)用研究。論文研究工作取得的成果為高性能復(fù)雜曲面零件的精準、高效、低成本拋光提供了一條行之有效的技術(shù)新途徑。論文主要研究工作及學(xué)術(shù)貢獻如下：針對傳統(tǒng)磨粒流在拋光加工過程中出現(xiàn)的“過拋”、“欠拋”或“倒圓”問題,通過小壓差的流場均勻化拋光方法,分析了增加背壓與旋轉(zhuǎn)后,磨粒流的流動特性與流場變化情況及壓力、速度的變化規(guī)律,以Navier-Stokes方程為基礎(chǔ),考慮磨粒流所具有粘彈性特點,分析了磨粒流在擠壓拋光中的流動特性,推導(dǎo)表征磨粒流流動特性的壓力、速度、流量的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合Holm、Burwell的粘著磨損模型以及Halling的滑動磨損模型,應(yīng)用微元分析法,給出了背壓及旋轉(zhuǎn)流場下修正后的材料去除模型,指出其材料去除模型符合Preston方程形式。并應(yīng)用計算流體力學(xué)(Fluent)軟件的仿真分析表明,增加背壓及旋轉(zhuǎn)場作用后,流場實現(xiàn)了進一步均勻化。為實現(xiàn)磨粒流的精確傳輸,通過位移與壓力傳感器實現(xiàn)液壓比例的閉環(huán)反饋控制策略并建立數(shù)學(xué)模型,從模型的角度揭示磨粒流從液壓系統(tǒng)到磨料系統(tǒng)的傳輸過程,Matlab仿真結(jié)果表明,液壓缸-磨料缸的液壓比例控制策略提高拋光速度的穩(wěn)定性并可通過PID控制調(diào)節(jié)。分析料缸截面積與料缸的活塞行程對整體設(shè)備尺寸及液壓系統(tǒng)功率的影響,指出以料缸容積為設(shè)計主參數(shù),并以此為參數(shù)選取的出發(fā)點,依次確定磨粒流拋光裝備的設(shè)備參數(shù)的選取原則,通過對關(guān)鍵零部件和四立柱主機結(jié)構(gòu)的動力學(xué)仿真分析,模擬了設(shè)備的振動、沖擊及靜載荷和變載荷下的應(yīng)力應(yīng)變�；谝陨侠碚摶A(chǔ),自主研制了小壓差旋轉(zhuǎn)磨粒流加工裝備。并借助背壓控制及旋轉(zhuǎn)運動下磨粒流裝備的穩(wěn)定性試驗進一步驗證了仿真結(jié)果。結(jié)合上述理論分析與設(shè)備研制,為了驗證增加背壓對傳統(tǒng)磨粒流的加工過程中出現(xiàn)的“過拋”、“欠拋”和“倒圓”現(xiàn)象的改善,對大尺寸滾動軸承空心滾子內(nèi)孔進行了磨粒流拋光試驗,對比分析了增加背壓與無背壓下軸承空心滾子內(nèi)孔進出口處的改善情況,并通過試驗驗證了磨粒流擠壓拋光工件與夾具所形成的密封腔體時,不同截面尺寸與壓力匹配的策略問題,驗證了磨粒流拋光復(fù)雜曲面與細長深孔內(nèi)表面時,擠壓拋光間隙尺寸范圍。重點研究了針對復(fù)雜曲面零件磨粒流拋光的夾具反求方法。首先通過所捕捉的三維掃描數(shù)據(jù),直接拾取被加工工件的復(fù)雜曲面,并通過三維繪圖軟件對所拾取的復(fù)雜拋光表面進行建模,其次通過3D打印技術(shù)直接打印與被加工復(fù)雜曲面相一致的磨粒流夾具的內(nèi)模腔體,研制與被加工工件表面相一致的夾具,在磨粒流擠壓拋光過程中,可以得到幾何均勻流場。并針對大尺寸滾動軸承套圈滾道復(fù)雜曲面的拋光,分別進行了正向與逆向設(shè)計夾具的拋光試驗及拋光表面的對比分析,對表面質(zhì)量的表征特征(表面微觀形貌、表面粗糙度)及加工后對套圈滾道的修形特征(圓度)進行了磨粒流拋光的試驗驗證,證明了磨粒流拋光軸承套圈滾道的可行性。研究表明,經(jīng)磨粒流拋光可使大尺寸軸承套圈滾道球形內(nèi)表面的表面粗糙度從0.4μm降低到0.1～0.2μm范圍內(nèi),并且形成新的紋理溝壑,更容易形成潤滑油膜。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG664

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本文編號：2391414