滚磨光整加工动力学变量的模仿真与测试

摘要

机械零件的表面质量对设备的耐磨性、配合精度、抗腐蚀性、接触刚度、抗疲劳强度、可靠性及寿命等机械设备的性能都有十分重要的影响。表面加工技术可以根据需要对零件进行去毛刺、除飞边、降低表面粗糙度，改善零件表面应力状态;去除零件毛坯在铸锻、冲压、焊接之后表面存在的氧化层、粘砂及残留焊渣，保证毛坯零件的表面质量;对切削加工后的零件进行棱边倒圆、去除毛刺、消除微观裂纹，改善物理力学性能。滚磨光整加工技术作为一种典型的自由磨具表面光整加工方法，因为具有加工成本低、加工效果好、加工效率高及加工设备简单等优点，因此在实际生产加工中得到了广泛的应用。一直以来对滚磨光整加工机理都停留在理论的定性分析上，本文通过应用三维离散元软件EDEM对滚磨光整加工过程进行仿真，并应用相关测试装置进行测试分析，对加工过程中磨料的运动、磨料对工件的作用、工件运动的动力学变量进行定量化数值分析。
　　本研究主要内容包括：⑴通过改变离心式滚磨光整加工中滚筒轴线的方向，分析卧式、立式离心式滚磨光整加工中各种动力学变量的异同，及每种加工的优缺点。仿真结果表明:与卧式离心式滚磨光整加工相比，立式离心滚磨中磨料的运动更剧烈，运动不平稳，作用力不均匀。⑵通过设置不同填充率，分析填充率对离心式滚磨光整加工的影响。仿真结果表明:填充率为30％时磨料速度差异很大、翻滚剧烈，磨料对工件作用力较大;填充率为90％时磨料无法形成强制流动层，磨料整体运动缓和，与工件的相对运动很微弱;填充率为50％、65％时，磨料的强制流动层明显，加工流动层较长，而且滑移层磨料的运动速度较均匀，有利于加工。⑶通过设置不同传动比n/N，分析传动比对离心式滚磨光整加工的影响。对不同传动比下磨料的平均速度、法向接触力、切向接触力等动力学变量进行分析，得到加工中存在最佳传动比n/N，达到理想加工效果。⑷在振动式滚磨光整加工设备中应用动态式压力传感器，测量加工过程中偏心块夹角、工件埋入深度等因素对加工过程的影响，并分析了固定工件加工过程中受力最大的装夹角。测试数据表明:偏心块的夹角对磨料的运动及磨料与工件的相互作用有一定的影响;在一定加工深度内，磨料对工件的作用力随着埋入深度的增加而增大，但随着埋入深度的增加，磨料对工件的作用力增幅陡增;工件在加工过程中的运动具有明显周期性;固定工件加工装夹角α=20°时磨料会以工件为中心聚集，此时工件所受作用力最大。⑸通过应用三维离散元EDEM软件从微观运动方面对离心式滚磨光整加工过程中磨料的运动、磨料对工件的作用力等方面进行了定量化分析，并对振动式滚磨光整加工作用力进行测试及相关定量分析，完善了滚磨光整加工的相关理论，填补了其定量化分析的空白。

目录

声明

摘要

英文摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 表面光整加工技术综述

1．2．1 表面光整加工技术的含义

1．2．2 表面光整加工技术的分类

1．3 滚磨光整加工定量化分析国内外研究现状

1．4 三维离散元软件的简介

1．4．1 三维离散元法定义

1．4．2 离散元软件EDEM的计算原理及计算模型

1．4．3 离散单元法的国内外研究现状

1．5 课题的研究背景及主要研究内容

1．5．1 课题的研究背景

1．5．2 课题的主要研究内容

1．6 本章小结

第二章 滚筒轴线对离心式滚磨光整加工影响的模拟仿真

2．1 离心式滚磨光整加工简介

2．2 仿真参数设置

2．2．1 设备及加工参数设置

2．2．2 EDEM的参数设置

2．2．3 Hertz-Mindlin无滑动接触模型

2．3 卧式、立式离心式滚磨光整加工中速度的分析

2．4 卧式、立式离心式滚磨光整加工过程中动力学变量的分析

2．4．1 加工过程中磨料对工件的接触力分析

2．4．2 加工过程中工件总能量的变化

2．4．3 工件间的相互作用

2．5 本章小结

第三章 填充率对卧式离心式滚磨光整加工影响的模拟仿真

3．1 卧式离心式滚磨光整加工过程中磨料的运动分析

3．2 填充率对卧式离心式滚磨光整加工实践的影响

3．3 仿真参数设置

3．4 磨料速度的仿真分析

3．5 填充率对卧式离心式滚磨光整加工动力学变量的影响

3．5．1 填充率对法向、切向接触力的影响

3．5．2 填充率对加工过程中工件总能量的影响

3．6 实验验证

3．7 本章小结

第四章 传动比对卧式离心式滚磨光整加工影响的模拟仿真

4．1 传动比范围的理论计算

4．2 传动比对加工过程中运动的影响

4．2．1 传动比对磨料流态的影响

4．2．2 传动比对工件及磨料速度的影响

4．3 传动比对卧式离心式滚磨光整加工动力学变量的影响

4．3．1 传动比对法向、切向接触力的影响

4．3．2 传动比对加工过程中工件能量的影响

4．4 实验验证

4．5 本章小结

第五章 振动式滚磨光整加工的测试分析

5．1 引言

5．2 传感器的基本概论

5．2．1 传感器的分类

5．2．2 常用测力传感器

5．3 振动式滚磨光整加工动力学变量的测试与分析

5．3．1 振动式滚磨光整加工机理

5．3．2 影响加工效果的主要因素

5．3．3 滚筒振动频率的测试

5．3．4 偏心块夹角(α0)对作用力的影响

5．3．5 固定工件埋入深度对作用力的影响

5．3．6 振动式滚磨光整加工过程中工件运动周期性的分析

5．3．7 固定工件加工过程中最大作用力方向的确定

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目