磨料粒度对磨料流加工的影响规律研究

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磨料流加工是利用改性高分子材料在稳定粘弹态下和磨粒混合成为半固体的流体磨料被挤压通过待加工表面达到抛光、去毛刺和倒角等目的,是光整加工技术中的新兴工艺。该工艺对窄缝、微孔、异形孔腔的抛光极具优势。由于磨料流加工技术的诸多优点,关于磨料流技术的研究不断增多,但是由于影响磨料流加工效果的因素很多,如磨粒粒度、磨料粘度、加工温度、工件材料硬度等,使得对其加工机理的研究非常困难,取得的进展有限。本文在应用研究和试验过程中发现磨料的粒度对磨料流加工效果影响很大,在加工过程中使用不同粒度的磨料工件表面质量会呈现出不同的加工极限,而且加工效率也会随磨料粒度发生变化。而以往其他学者对磨料流技术加工机理的研究过程中只建立一种加工模型,忽视磨粒粒度带来的影响,本文通过对比不同粒度的磨粒和工件初始表面形貌的尺寸关系,建立不同粒度磨粒的加工模型;其中大粒度磨粒在建立加工模型和分析加工机理时需要将工件表面视为平面,而小粒度磨粒在建立加工模型和分析加工机理时需要将工件表面视为有一定角度的斜面,在此分析基础上,研究磨料粒度对磨料流技术加工过程中加工极限和加工效率的影响规律,以及设计不同粒度磨料交替使用的实验方案来突破传统实验方案的限制,达到更好的加工效果,为磨料流加工工艺的理论分析和实际生产中磨料粒度的选择提供新的思路。主要工作和结论归纳如下:(1)研究影响磨料流技术加工效果的因素,分析流体磨料的流动特性。总结磨粒压痕深度、磨粒粒径对工件表面材料去除方式的影响规律,并分析磨粒对工件进行材料去除的条件。对表面粗糙度Ra=1.97μm的不锈钢毛细管内壁表面进行测量,得到其微观形貌的实测图,做表面形貌曲线,通过其与不同粒度的磨粒进行基于实际尺寸的接触关系进行对比,将加工模型分为介观尺度下大粒度磨粒加工模型和微观尺度下小粒度磨粒加工模型,并分别对其进行受力分析,其中在分析大粒度磨粒的加工机理时将工件表面视为平面,分析小粒度磨粒的加工机理时将工件表面视为一定角度的斜面。(2)在对不同粒度磨粒加工机理的理论分析基础上,安排不同粒度磨料的加工实验。对不同粒度磨料达到加工极限的实验情况进行总结,分析不同粒度磨料在加工过程中加工极限产生的原因,同时对不同粒度磨料在加工过程中的加工效率进行对比分析。得出结论:大粒度磨料在每次加工过程中的材料去除量较大,加工效率高,但是有效加工次数较少,容易达到加工极限,出现加工过量的现象;小粒度磨料在每次加工过程中的材料去除量较小,加工效率较低,但是达到加工极限前的有效加工次数更多,能够获得更好的加工质量。(3)为了获得更好的加工效果,在分析不同粒度磨料在磨料流技术加工过程中加工极限和加工效率变化规律的基础上,提出并安排了大粒度磨料和小粒度磨料交替使用的实验方案。经过实验结果的对比,发现新的实验方案可以获得更好的加工质量,同时能够提高加工效率,这也为实际生产中提高磨料流技术的加工效果提供了新的思路。
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