倒錐形微細(xì)噴孔磨料流加工成形研究.pdf

1、磨料流加工技術(shù)是一種相對(duì)較新的表面光整加工方法，通過(guò)壓力的作用，流體磨料對(duì)工件表面進(jìn)行微量切削。該技術(shù)最初開(kāi)發(fā)用于航空航天事業(yè)，后被用作發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，包括噴油器噴孔精加工。適當(dāng)?shù)哪チ狭骷庸み^(guò)程可以改善噴孔表面質(zhì)量和提高排放系數(shù)，然而，過(guò)量的過(guò)程會(huì)對(duì)噴孔產(chǎn)生副作用，導(dǎo)致噴孔的擴(kuò)大，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放產(chǎn)生不利影響?；诖?，大量的研究工作通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察或分析得到定性結(jié)論，取得了一定的成果。但是由于磨料流加工參數(shù)的變化，導(dǎo)致噴嘴幾何形狀變化的過(guò)程是不完全

2、清楚的。
　　本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外微細(xì)噴孔加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)磨料流加工微孔設(shè)備配置和結(jié)果測(cè)試、切削過(guò)程的數(shù)值模擬和加工工藝方面進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容和方法以及結(jié)論如下:
　　(1)基于磨料流加工技術(shù)的原理、技術(shù)組成、特點(diǎn)和影響因素，選取典型圓管工件中流體磨料的流動(dòng)形態(tài)進(jìn)行討論，得出流體磨料在柱坐標(biāo)下z向、r向、θ向的運(yùn)動(dòng)方程，并對(duì)單顆磨粒進(jìn)行受力分析，建立了顆粒在工件壁面的碰撞模型，得出磨

3、粒的有效運(yùn)動(dòng)模式是先壓入微孔內(nèi)表面然后犁削進(jìn)行微量切削的結(jié)論，為后續(xù)微孔磨料流加工設(shè)備的配置和加工過(guò)程流體形態(tài)的仿真奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有磨料流加工技術(shù)和微孔倒錐成形技術(shù)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，選取了鉆削打孔和后續(xù)磨料流光整加工的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)微孔的倒圓角、去毛刺和倒錐成形的目的，其中鉆削工具選擇數(shù)控機(jī)床和日本鎢鋼鉆頭，磨料流機(jī)床選擇為單向流動(dòng)機(jī)床，并對(duì)加工工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的有限元分析，得出工件變形在彈性變形范圍的結(jié)論。最

4、后通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)微孔進(jìn)出口直徑進(jìn)行測(cè)量，數(shù)字顯微鏡對(duì)剖開(kāi)微孔進(jìn)行錐度和表面輪廓測(cè)量，為微孔的尺寸和形狀測(cè)量提供了實(shí)驗(yàn)支持。
　　(3)深入得研究了噴油嘴微細(xì)噴孔加工的相關(guān)理論及FLUENT流體動(dòng)力學(xué)軟件理論，然后選用液固兩相流模型及可實(shí)現(xiàn)型湍流模型，進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真，得到了微孔加工過(guò)程中流體磨料的流線圖。為了更直觀得和定量得描述流體內(nèi)部變量，以微孔為研究對(duì)象，得到顆粒相在微孔中流動(dòng)時(shí)沿流動(dòng)方向上壁面的壓力以及速度分布圖和曲

5、線，為后續(xù)微量切削的計(jì)算提供了理論支持。
　　(4)描述了磨料流加工微孔的去除量和磨粒特性的關(guān)系方程，即表面光整加工中的切削經(jīng)驗(yàn)公式PRESTON方程，并推導(dǎo)出了切削深度系數(shù)的算法。通過(guò)對(duì)比微孔計(jì)算錐度和測(cè)試錐度，誤差在合理范圍之內(nèi)，驗(yàn)證了計(jì)算方法的合理性。對(duì)影響磨料流加工的不同因素做了多組實(shí)驗(yàn)，分析了不同入口流量和不同磨料粘度下顆粒相的壓力和速度變化，并對(duì)各組微孔錐度進(jìn)行了計(jì)算。經(jīng)過(guò)多組實(shí)驗(yàn)對(duì)比，分析了磨料流加工工藝參數(shù)的變化對(duì)