化學(xué)輔助軟磨粒流拋光技術(shù)研究.pdf

1、模具是零件成型過程的重要工藝裝備，模具應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。隨著市場競爭的白熱化，人們對模具提出了越來越高的要求。模具正朝著大型、復(fù)雜、精密化方向發(fā)展。復(fù)雜的模具中往往存在大量的溝、槽、孔等結(jié)構(gòu)化表面，受尺寸、形狀限制而無法使用工具進行接觸式加工，這一點成為模具制造業(yè)急需解決的技術(shù)難題。為了解決這一現(xiàn)實問題，本文提出了針對模具結(jié)構(gòu)化表面的化學(xué)輔助軟磨粒流拋光方法。
　　化學(xué)輔助軟磨粒流拋光分為化學(xué)拋光、軟磨粒流拋光兩個階段?；瘜W(xué)拋光工

2、藝簡單，操作方便，不受零件形狀尺寸的限制，同時化學(xué)拋光可除去零件表面的機械損傷層和應(yīng)力層;化學(xué)拋光后的零件表面因為發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)降低了表面原子的鍵合能力，提高了軟磨粒流拋光的效率。同時，軟磨粒流拋光也是化學(xué)拋光的一種補充，協(xié)助除去表面未溶解的金屬氧化物，同時清洗殘留的化學(xué)液。為了使兩個階段能夠起到很好的協(xié)調(diào)組合作用，需要研究這兩個階段的工藝過程、加工機理等，各章節(jié)都僅僅圍繞以上需要解決的問題進行展開。本文的主要工作如下:
　　(1

3、)應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)對軟磨粒拋光中流體的湍流特性進行了研究。為了得到詳實的湍流信息，采用大渦數(shù)值模擬和雷諾平均模擬兩種湍流數(shù)值模擬方法進行研究。從理論上，分析了大渦數(shù)值模擬和屬于雷諾平均模擬的可實現(xiàn)k-ε模型的特點，建立“M”形的彎形流道為數(shù)值模擬的幾何模型，在初始條件、邊界條件、計算方法都相同的情況下，分別采用大渦模擬和可實現(xiàn)k-ε模型兩種不同的湍流模擬方法分別對流道內(nèi)的物理參數(shù)進行了數(shù)值計算。結(jié)果表明，大渦模擬能獲得比可實現(xiàn)k-ε模型

4、更精確地結(jié)果，同時大渦數(shù)值模擬的計算工作量較大。
　　根據(jù)上述結(jié)論，構(gòu)建了約束流道的實體物理模型，并采用PIV方法對流道內(nèi)的流場特性進行實時觀測，驗證了大渦數(shù)值模擬方法的有效性。
　　(2)軟磨粒流的切削機理分析以及固液兩相流數(shù)值模擬。首先借助于沖蝕理論，分析了影響磨粒加工的主要因素，討論了軟磨粒流加工的機理。接著采用大渦模擬與隨機軌道模型相結(jié)合的數(shù)值計算方法，結(jié)合正交實驗法，模擬了在多種條件下固液兩相流中顆粒的不同運動特性

5、，特別是近壁區(qū)的顆粒與壁面的相互作用關(guān)系。數(shù)值模擬結(jié)果表明，流體的速度是流體脈動的主要影響因素，速度越大流體脈動越明顯。流體脈動也影響到顆粒的脈動，顆粒脈動還受顆粒直徑的影響，顆粒的直徑越大其慣性力也越大，受流體脈動的影響相對較小;顆粒的體積含量越多，顆粒之間碰撞的機會也越多，因此顆粒不確定運動的幾率也越大。為了進一步驗證數(shù)值模擬的可行性以及彌補數(shù)值模擬的不足之處，流道仍加工成“M”的彎形流道，利用PIV實驗系統(tǒng)檢測顆粒在流體中的運動情

6、況。實驗表明，由于受到湍流的混摻作用，導(dǎo)致顆粒運動偏離主流運動的方向，呈現(xiàn)出與壁面與其它顆粒的碰撞，從而實現(xiàn)顆粒對壁面的有效切除。
　　(3)化學(xué)拋光液的配置與化學(xué)拋光實驗。采用不同配比的雙氧水、草酸、硫酸、尿素等化學(xué)成分配置了幾種環(huán)保型化學(xué)拋光液。針對1Cr18Ni9、3Cr2Mo、45＃、Q235鋼的試件進行了化學(xué)拋光實驗，并利用分析天平測量質(zhì)量，計算失重率。實驗證明不同的材料在相同化學(xué)拋光液中腐蝕程度不同。常溫下，拋光5分鐘

7、左右，工件表面質(zhì)量有明顯改善。
　　(4)軟磨粒拋光實驗。利用軟磨粒流精密光整加工試驗臺，以“M”形流道的45＃鋼試件為例，進行了軟磨粒流拋光實驗。研究了流體的速度，磨粒的濃度以及粒徑，拋光時間等對材料去除量和表面粗糙度的影響規(guī)律。改變所要研究的軟磨粒流拋光的某一參數(shù)，而使其余的參數(shù)保持不變，利用分析太平測量試件的質(zhì)量，計算去除量;采用TR200手持式粗糙度儀進行測量，采用KEYENCE VW-6000動態(tài)分析三維顯示系統(tǒng)進行測量