交叉孔振动抛磨加工离散元模拟及实验研究

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在航空发动机电缆尾附中,转接部位的毛刺容易割线和磨线,影响航空发动机的使用寿命和服役性能,因此需要去除交叉孔转接部位毛刺和锐边倒圆角。滚磨光整加工是提高零件表面质量的重要方法,通过滚抛磨块对零件表面进行微量磨削作用,达到对零件表面光整加工的目的,其中振动式滚磨光整加工具有加工效率高、加工范围广和加工质量好等优点。针对具有交叉孔结构的电缆尾附组件,基于试件固定式较自由式加工的优势,将交叉孔试件固定在ZLC100卧式振动抛磨设备上,从而实现交叉孔转接部位毛刺去除和内表面光整加工。该工艺加工效率高,加工质量好,设备结构简单,成本低,能够有效去除交叉孔转接部位毛刺和锐边倒圆角。本文通过离散元模拟和实验研究分析一维振动与二维振动、固定状态与自由状态以及工艺参数(振动频率、振幅、滚抛磨块装入量、安装角度)对交叉孔振动抛磨效果的影响,为后续工业应用提供理论基础和工艺支撑。主要研究内容如下:(1)利用离散元仿真软件EDEM对比分析一维振动与二维振动中交叉孔转接部位法向接触力、滚抛磨块速度以及磨损深度。结果表明:二维振动时交叉孔转接部位法向接触力均值是一维振动时的1.73倍。二维振动时交叉孔转接部位滚抛磨块速度均值大于一维振动时速度均值。二维振动抛磨加工效率高于一维振动。(2)利用EDEM软件模拟分析不同振动频率、振幅、滚抛磨块装入量和安装角度时交叉孔转接部位法向接触力、滚抛磨块速度以及磨损深度。结果表明:随着频率和振幅的增加,交叉孔转接部位法向接触力均值和滚抛磨块速度均值增大,加工效率增加。滚抛磨块装入量为60%时,交叉孔转接部位法向接触力均值最大,加工效率最高;滚抛磨块装入量为80%时,交叉孔转接部位滚抛磨块速度均值最大。最优模拟工艺参数为:振动频率25Hz、振幅3mm、滚抛磨块装入量60%。与安装角度为0°、90°时相比,安装角度为45°时,交叉孔转接部位磨损深度的最小值大于安装角度为0°、90°时转接部位磨损深度的最小值。(3)采用ZLC100卧式振动抛磨设备实验研究固定状态与自由状态、不同安装角度时交叉孔转接部位和内表面加工效果。结果表明:与自由状态相比,固定状态下交叉孔转接部位毛刺去除效果较好且倒圆角效果较明显,交叉孔内表面加工效果较好。与安装角度为0°、90°时相比,安装角度为45°时,交叉孔转接部位毛刺去除效果较好且倒圆角效果较明显,交叉孔内表面加工效果较好,测得转接部位圆角半径在0.3~0.7mm范围内,证明二维振动抛磨交叉孔的有效性。
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