磨粒流加工工艺参数对表面质量影响的研究

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在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域,磨粒流加工技术因其良好的加工可达性以及优异的抛光效果被广泛应用。但由于影响磨粒流加工表面质量的因素较多,过程也十分复杂,长期以来,磨粒流加工工艺参数的确定只有少量的经验数据,针对各种不同的加工要求,尚无可依据的系统性数据参考。到目前为止,没有建立起系统性地对磨粒流加工过程的定量分析。为了提高磨粒流加工的表面质量,必须对磨粒流加工工艺参数对加工效果的影响进行定量研究,掌握各工艺参数对加工后表面质量的影响规律,使加工后工件的表面质量和精度得到控制,满足现阶段对抛光加工技术的更深层次的要求,使磨粒流加工技术得到更大范围的推广应用。本文以磨粒流加工工艺参数为研究对象,通过实验研究结合理论分析,对各工艺参数对表面质量的影响进行了系统性的研究,主要内容包括:针对磨粒流加工技术,阐述了磨粒流加工原理。对磨粒流加工所用夹具的设计进行了详细分析,介绍了磨粒流夹具的特点,阐述了夹具设计过程中所要遵循的原则。对磨料介质组成成分的选择进行论述,分析不同的组成成分对磨料介质性能的影响。针对磨粒流加工表面质量影响因素较多的问题,选择制备了镜面与铣削表面样件作为实验的初始样件,设计了专用夹具,开展了基于机床控制的、基于磨料介质的和基于工件的三类工艺参数对表面质量影响的实验研究,分析了机床挤推压力、循环次数,磨料介质的粘度、质量分数、磨粒粒径以及工件初始纹理等工艺参数对磨粒流加工后表面质量的影响。实验结果表明,采用较小的挤推压力、较大的磨料粘度与质量分数以及“先大后小”的磨粒粒径进行加工时,样件可以获得更好的表面质量。此外,当样件初始纹理方向与磨料流向的角度为90°时加工效果最佳。在此基础上,进行齿轮零件磨粒流抛光加工的可行性研究。针对某型直齿圆柱齿轮,开展了齿轮磨粒流抛光实验,通过“仿齿形”齿轮夹具设计,实现了齿轮齿面的均匀化抛光,齿根等难抛光区域得到有效抛光,齿端齿廓无倒圆现象产生,齿形精度得到有效的保持,经磨料加工后,沿齿面轴向方向的粗糙度Sa从最初的0.123μm降低至0.042μm,Sz从1.535μm降低至0.261μm沿齿面径向方向的粗糙度Sa从最初的0.649μm降低至0.511μm,Sz从2.331μm降低至1.044μm。同时,齿轮磨粒流实验验证了本文工艺参数研究的结论。
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