本文關(guān)鍵詞：超聲振動輔助磨料水射流拋光沖蝕機(jī)理和工藝技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 磨料水射流加工 超聲振動 拋光技術(shù) 沖擊流場 振動輔助沖蝕

【摘要】：本研究采用工件切向振動的方式將超聲振動引入微磨料水射流拋光硬脆材料,提高材料的去除率和表面質(zhì)量。超聲振動可以增強(qiáng)材料的塑性剪切去除能力,降低拋光表面粗糙度,改善由于磨粒沖蝕而產(chǎn)生的紋理。本文研制了超聲振動工作臺和超聲振動輔助流化磨料供給裝置,模擬研究了超聲振動輔助磨料水射流拋光加工中振動工件表面的射流沖擊流場,對超聲振動輔助磨料粒子沖蝕行為進(jìn)行了運動學(xué)分析,研究了材料去除機(jī)理,建立了單顆磨料粒子材料去除體積模型,采用顯式動力學(xué)有限元方法模擬研究了沖蝕過程,建立了拋光表面粗糙度預(yù)測模型并進(jìn)行了實驗驗證,實驗研究了工件超聲振動對拋光效率和表面粗糙度的影響。研制了超聲振動工作臺和超聲振動輔助流化磨料供給裝置,并對超聲振動工作臺進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。結(jié)果表明,該工作臺的振動特性滿足研究要求,超聲振動輔助流化磨料供給裝置能對400#-2500#的磨料實現(xiàn)流量為200mg/s的穩(wěn)定控制。模擬研究了超聲振動輔助磨料水射流拋光加工中振動工件表面的射流沖擊流場,分析了工件振動對壁面射流止滯區(qū)和側(cè)流區(qū)壓力、速度場的影響,實驗測量了振動工件表面的射流沖擊壓力,研究了射流沖擊振動工件表面時的流固耦合作用。結(jié)果表明,在邊界剪切作用下,流場的止滯效應(yīng)減弱：振動時的射流速度高于未振動時的射流速度,工件表面的流場速度分布不對稱；在施加振動后,沖擊壓力波動幅度明顯增加；工件表面射流壓力略低于振動前,壓力測量結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合；射流的沖擊作用使變幅桿發(fā)生耦合振動和變形。與振動邊界流場模擬結(jié)果相比,耦合分析得到的沖擊區(qū)域壓力值略低；速度場的峰值較高,分布形態(tài)更加不規(guī)則。建立了超聲振動輔助磨料粒子沖蝕工件材料去除機(jī)理模型和單顆磨料粒子沖蝕工件材料去除體積模型。建立了超聲振動輔助磨料水射流拋光時的磨料-工件接觸力學(xué)行為有限元模型,研究了超聲振動對于磨料-工件接觸狀態(tài)、沖蝕率和工件材料中沖擊應(yīng)力場的影響。結(jié)果表明,工件超聲振動時的沖蝕率均高于不施加振動的情況。工件超聲振動時的磨料-工件接觸力較大,接觸時間較長,磨料粒子速度降低顯著。模擬研究了多顆磨料粒子沖擊點完全重疊和部分重疊情況下超聲振動對沖蝕率的影響。結(jié)果表明,工件超聲振動時的沖蝕率均高于未施加振動的情況。當(dāng)多顆磨料粒子沖擊點部分重疊時,沖蝕區(qū)域的殘余應(yīng)力主要是壓應(yīng)力。建立了超聲振動輔助磨料水射流光滑粒子流體力學(xué)模型。結(jié)果表明,工件超聲振動時的沖蝕率較高。實驗研究了超聲振動輔助單顆磨料粒子的沖蝕情況。結(jié)果表明,在沖擊角度相同的條件下,超聲振動輔助磨料粒子沖蝕劃痕深度較大。建立了超聲振動輔助磨料水射流拋光表面粗糙度預(yù)測模型和基于二次響應(yīng)曲面法的超聲振動輔助磨料水射流拋光加工工藝參數(shù)優(yōu)化模型。結(jié)果表明,表面粗糙度預(yù)測模型能較好地預(yù)測拋光表面粗糙度；拋光表面由大量沖蝕磨料粒子形成的微溝痕創(chuàng)成,工件材料的去除方式均為塑性剪切,工件原始表面上的微缺陷基本被完全去除；施加超聲振動可提高沖蝕材料去除率和拋光效率,磨料粒子形成的溝痕深度略大于未施加超聲振動的情況,表面粗糙度略高于未施加超聲振動的情況；未施加超聲振動時磨料粒子形成的溝痕是具有明顯方向性的沖蝕紋理；施加超聲振動的情況下,由于工件與磨料粒子的相對運動,沖蝕拋光溝痕排列隨機(jī),未呈現(xiàn)出明顯的方向性。沖擊角度,磨料粒徑,水射流壓力,射流壓力和沖擊角度、磨料粒徑和沖擊角度、沖擊角度和超聲振動功率的交互作用對拋光表面粗糙度的影響顯著。
【關(guān)鍵詞】：磨料水射流加工 超聲振動 拋光技術(shù) 沖擊流場 振動輔助沖蝕
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG66
【目錄】：

• 摘要11-13
• Abstract13-16
• 第1章 緒論16-31
• 1.1 磨料水射流拋光技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-23
• 1.1.1 磨料水射流加工技術(shù)概述16-17
• 1.1.2 磨料水射流加工材料去除機(jī)理17-18
• 1.1.3 拋光技術(shù)概述18
• 1.1.4 拋光技術(shù)的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.1.5 磨料水射流拋光技術(shù)的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.2 超聲輔助拋光加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀23-29
• 1.2.1 超聲輔助加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀23-27
• 1.2.2 超聲輔助拋光加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀27-29
• 1.3 超聲振動輔助磨料水射流拋光技術(shù)研究中存在的問題29
• 1.4 本文的研究目的、意義及主要研究內(nèi)容29-31
• 1.4.1 研究目的和意義29-30
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容30-31
• 第2章 切向超聲振動工作臺和超聲振動輔助流化磨料供給裝置的研制31-49
• 2.1 概述31
• 2.2 切向超聲振動工作臺的設(shè)計31-33
• 2.3 變幅桿的設(shè)計33-45
• 2.3.1 變幅桿的尺寸設(shè)計33-35
• 2.3.2 變幅桿的模態(tài)分析35-38
• 2.3.3 變幅桿的諧響應(yīng)分析38-42
• 2.3.4 切向超聲振動工作臺的檢測42-45
• 2.4 超聲振動輔助流化磨料供給裝置的研制45-48
• 2.5 本章小結(jié)48-49
• 第3章 射流沖擊振動的工件表面流場模擬和流固耦合作用研究49-72
• 3.1 概述49
• 3.2 振動邊界流場分析49-64
• 3.2.1 變幅桿載物面振幅分布49-50
• 3.2.2 流場模擬建模和結(jié)果分析50-61
• 3.2.3 射流流場特性的實驗驗證61-64
• 3.3 射流流場壓力作用下的變幅桿振動特性分析64-66
• 3.4 射流沖擊振動的工件表面流固耦合作用分析66-71
• 3.4.1 流固耦合分析概述66-68
• 3.4.2 流固耦合模擬和結(jié)果分析68-71
• 3.5 本章小結(jié)71-72
• 第4章 超聲振動輔助磨料粒子沖蝕機(jī)理模擬研究72-97
• 4.1 概述72
• 4.2 超聲振動輔助磨料粒子沖蝕機(jī)理分析72-74
• 4.3 超聲振動輔助磨料粒子沖蝕機(jī)理有限元模擬74-88
• 4.3.1 動力學(xué)方程74-75
• 4.3.2 材料的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系模型75-77
• 4.3.3 有限元建模和邊界條件77-78
• 4.3.4 模擬結(jié)果分析78-88
• 4.4 超聲振動輔助磨料粒子沖蝕光滑粒子流體力學(xué)模擬88-92
• 4.4.1 光滑粒子流體力學(xué)方法概述88-89
• 4.4.2 光滑粒子流體力學(xué)建模和邊界條件89-90
• 4.4.3 模擬結(jié)果分析90-92
• 4.5 超聲振動輔助磨料粒子沖蝕實驗驗證92-95
• 4.6 本章小結(jié)95-97
• 第5章 超聲振動輔助磨料水射流拋光加工實驗研究97-121
• 5.1 概述97
• 5.2 拋光加工表面粗糙度模型的建立97-101
• 5.2.1 單顆磨料粒子微切削深度模型的建立97-99
• 5.2.2 拋光加工表面粗糙度模型的建立99-101
• 5.3 超聲振動輔助磨料水射流拋光加工的實驗研究101-111
• 5.3.1 實驗條件101-104
• 5.3.2 超聲振動輔助磨料水射流拋光加工實驗結(jié)果分析104-111
• 5.4 超聲振動輔助磨料水射流拋光加工工藝優(yōu)化實驗111-119
• 5.4.1 響應(yīng)曲面法概述111-112
• 5.4.2 實驗條件112-113
• 5.4.3 實驗結(jié)果分析113-119
• 5.5 本章小結(jié)119-121
• 結(jié)論與展望121-124
• 論文創(chuàng)新點摘要124-125
• 參考文獻(xiàn)125-143
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、申請的專利和獲得的獎勵143-145
• 致謝145-146
• 附件146-164
• 附表164

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 肖強(qiáng);李言;李淑娟;;硬脆材料超聲波精密加工機(jī)理及影響因素研究[J];兵器材料科學(xué)與工程;2010年03期

2 曹鳳國,張勤儉;超聲加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J];電加工與模具;2005年S1期

3 陳益萍;;激光多普勒測速技術(shù)原理及其應(yīng)用[J];電子世界;2013年07期

4 樊晶明;樊昶明;王軍;;微磨料水射流加工脆性玻璃的沖蝕機(jī)理研究[J];金剛石與磨料磨具工程;2010年03期

5 李根生;廖華林;黃中偉;沈忠厚;;超高壓水射流作用下巖石損傷破碎機(jī)理[J];機(jī)械工程學(xué)報;2009年10期

6 陳慶光,徐忠,張永建;湍流沖擊射流流動與傳熱的數(shù)值研究進(jìn)展[J];力學(xué)進(jìn)展;2002年01期

7 成建聯(lián),宋國英,李福援;磨料水射流拋光時工藝參數(shù)對工件去除量的試驗研究[J];西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2002年01期

8 戴良博;雷玉勇;劉克福;衛(wèi)排峰;王榮娟;;微磨料水射流精確送料裝置設(shè)計及應(yīng)用研究[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2010年09期

9 Jae-Seob KWAK;;Mathematical model determination for improvement of surface roughness in magnetic-assisted abrasive polishing of nonferrous AISI316 material[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年S3期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 車翠蓮;硬脆材料曲面的磨料水射流拋光技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2011年

2 胡鶴鳴;旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴內(nèi)部流動及沖擊壓強(qiáng)特性研究[D];清華大學(xué);2008年

3 陳二云;間斷有限元數(shù)值方法研究及復(fù)雜沖擊流場的數(shù)值模擬[D];南京理工大學(xué);2008年

4 陸朝暉;高壓脈沖水射流流場結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬及破硬巖機(jī)理研究[D];重慶大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 姚欣;激光多普勒振動檢測技術(shù)的研究[D];天津大學(xué);2004年

2 劉同波;激光多普勒測速儀的設(shè)計及實現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2006年

3 劉飛;激光多普勒測速儀的研究[D];長春理工大學(xué);2006年

4 林春峰;超聲速沖擊射流的PIV實驗研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

5 黃霞春;超聲變幅桿的參數(shù)計算及有限元分析[D];湘潭大學(xué);2007年

6 謹(jǐn)亞輝;超聲波變幅桿優(yōu)化設(shè)計及加工機(jī)理試驗研究[D];太原理工大學(xué);2010年

7 劉軍壯;高壓水射流在再制造清洗中的應(yīng)用[D];山東大學(xué);2012年

，

本文編號：553778