典型零件机械加工论文提纲

论文题目：盘类零件振动抛磨理论与实验研究

摘要：在《中国制造2025》时代大背景下,制造业对零件表面质量提出了越来越高的要求。新的需求背景下,如何应对零件表面质量改善的挑战是摆在科研工作者面前不得不克服的难题。盘类零件作为一类常用典型零件,用途十分广泛。以航空发动机盘类零件、高端汽车轮毂为典型代表的盘类零件通常结构趋于复杂化和多样化,性能要求优越,且外观追求美观复杂的空间曲面,给零件表面质量的改善带来了巨大困难,不但要求加工后表面粗糙度降低,而且要求加工必须均匀、光顺,汽车轮毂对光亮度也提出了较高要求。因此,本论文进行盘类零件表面质量提升相关技术研究,具体研究内容如下:以立式振动抛磨为研究对象,应用机械系统动力学分析软件ADAMS建立了振动抛磨系统的多体动力学模型,应用EDEM离散元分析软件模拟振动抛磨加工过程中磨块颗粒激振流场体系的行为特征,并通过耦合工具EALink将EDEM和ADAMS搭建了离散颗粒与结构动力学协同仿真平台,实现了结构动力约束颗粒流场和颗粒流场影响结构动力特征的双向动力学求解计算。以验证仿真结果为目标,搭建了振动系统动力学特性测试实验平台,并对仿真结果进行了验证分析。通过加工效果评价指标的实测与分析验证了仿真参数设置的合理性,进而验证了振动抛磨加工系统联合仿真的正确性。以研究立式振动抛磨器壁的不均匀问题为出发点,进行了小型薄壁片状类零件的贴壁式振动抛磨加工实验研究。对小型薄壁片状类零件的贴壁式振动抛磨加工技术进行了研究。对比自由式与贴壁式加工试件表面粗糙度值,确定了贴壁式振动抛磨加工的优势和贴壁式加工的相对最佳加工位置。基于仿真和实验研究发现的现象,提出了振动抛磨中的“器壁效应”,并对其内涵进行了界定。以瀑布式水平一维振动抛磨设备为研究对象,建立了设备激振系统动力学模型,在此基础上面向瀑布式水平一维振动抛磨设备分析的需求,对双激振器的振动同步理论进行了初步分析,同时分析了双质体结构激振位移传递率。在此基础上提出了五质体对称双工位水平间接振动抛磨设备结构方案并建立了其动力学模型,为新型振动抛磨光整设备的研发提供了设计理论依据。以零件表面粗糙度一致性作为评价指标,采用瀑布式水平一维振动抛磨设备,进行了加工实验研究,发现了该加工方法存在加工表面粗糙度不一致现象,进一步证实了振动抛磨中存在的“器壁效应”。以水平一维振动抛磨为研究对象,搭建了磨块颗粒对工件作用力和磨块颗粒速度的测试装置,得出器壁不同位置处磨块颗粒对器壁的接触力以及磨块颗粒的速度,并与仿真结果进行了对比。通过田口试验设计方法设计了离散元仿真试验,得出了不同参数下磨块颗粒速度、接触力和磨损量规律,并研究了振动方向上器壁间距和容器底部开口对振动抛磨的影响。相关研究结论可为工程中提出新工艺提供参考依据。研发了基于气动激振器的一维水平振动抛磨实验样机,并对研发的设备进行了振动特性实验测试。测试结果表明,通过改变激振器的供气压力和排气流量可以实现对加工过程振动频率和振幅的改变;进行了供气压力对振幅及振幅输出稳定性、对频率及频率稳定性影响的测试。通过改变板式弹簧的厚度和长度可以实现供气压力和排气流量一定的情况下对输出振幅的调整。同时对腰型减振器的减振效果进行了测试,研究表明腰型减振器实现了对振动的有效隔离,验证了设计的正确性。以工程问题为出发点,基于离散元法对航空发动机盘类零件分别进行振动式、回转式和离心式三种滚磨光整加工方案的模拟分析,得出在一定条件下,振动式滚磨光整加工比回转式和离心式滚磨光整加工的加工一致性明显要好。针对高端汽车轮毂在一维水平振动抛磨时出现的加工不均匀现象,提出振动回转复合和重构器壁的两种抛磨解决方案。通过仿真分析得出振动回转复合的方案对轮毂的抛磨效果改善明显,并以此为依据提出了一种轮毂旋振抛磨加工装置结构方案。另外,通过加工试验验证了采用重构器壁方案改善轮毂加工不一致性的可行性。

关键词：光整加工;振动抛磨;联合仿真;颗粒介质

学科专业：机械工程

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景、目的与意义

1.2.1 研究背景

1.2.2 研究目的

1.2.3 研究意义

1.3 国内外研究动态

1.3.1 设备研究及现状概述

1.3.2 理论分析与模型建立研究进展

1.3.3 工艺参数优化研究进展

1.3.4 测试分析方法研究进展

1.3.5 振动抛磨技术的再发展

1.4 主要研究内容

第二章 立式振动抛磨联合仿真研究

2.1 引言

2.2 立式振动抛磨设备动力学分析

2.2.1 立式振动抛磨设备简介

2.2.2 立式振动抛磨设备多体动力学建模

2.2.3 基于Adams的立式振动抛磨设备动力学仿真模型的建立

2.3 立式振动抛磨磨块颗粒体系行为联合仿真

2.3.1 离散元模型

2.3.2 仿真参数设置

2.3.3 联合仿真实验验证

2.3.4 接触力

2.3.5 速度

2.3.6 倍周期运动

2.4 贴壁式加工实验研究

2.4.1 实验条件

2.4.2 贴壁式与自由式对试件加工的影响

2.4.3 不同材料试件贴壁位置对试件加工的影响

2.4.4 对应联合仿真的加工实验结果分析

2.5 “器壁效应”的提出

2.6 小结

第三章 水平一维振动抛磨设备及特性研究

3.1 引言

3.2 瀑布式水平一维振动抛磨设备分析

3.2.1 设备简介

3.2.2 振动系统动力学建模

3.2.3 双电机的振动同步理论及分析

3.2.4 双质体间接激振结构

3.3 五质体对称双工位水平间接激振的振动抛磨装置

3.3.1 装置方案的提出

3.3.2 动力学建模分析

3.4 水平一维振动抛磨加工特性

3.4.1 水平一维振动抛磨应用

3.4.2 水平一维振动抛磨试验

3.5 小结

第四章 水平一维振动抛磨测试与仿真研究

4.1 引言

4.2 测试方法概述

4.2.1 力测试方法

4.2.2 速度测试方法

4.3 测试平台搭建

4.3.1 电动振动试验系统

4.3.2 测试容器设计

4.3.3 测试传感器及数据采集系统

4.3.4 整体测试装置

4.4 试验设计及仿真条件

4.4.1 试验设计

4.4.2 仿真模型及参数设置

4.5 测试结果分析

4.5.1 力测试结果分析

4.5.2 速度测试结果及分析

4.6 仿真结果分析

4.6.1 颗粒介质速度

4.6.2 接触力

4.6.3 磨损量

4.6.4 信噪比分析

4.6.5 间距对振动抛磨的影响

4.6.6 开口对振动抛磨的影响

4.7 小结

第五章 气动激振一维水平振动抛磨装置研发

5.1 引言

5.2 机械系统设计

5.2.1 设计技术指标

5.2.2 总体技术方案

5.2.3 激振器类型选择

5.2.4 运动约束结构选择

5.2.5 弹簧类型选择

5.2.6 隔振单元选择

5.3 控制系统设计

5.3.1 气动激振器工作原理

5.3.2 控制系统技术指标

5.4 实验样机振动特性测试

5.4.1 气动激振系统振动静态摩擦力测试

5.4.2 一维振动振幅测试

5.4.3 供气压力对振幅的影响

5.4.4 供气压力对振幅输出稳定性的影响

5.4.5 供气压力对振动频率的影响

5.4.6 供气压力对频率稳定性的影响

5.4.7 板簧刚度对系统振幅的影响

5.4.8 腰型减振器隔振测试分析

5.5 小结

第六章 盘类零件振动抛磨一致性提升研究

6.1 引言

6.2 航空发动机盘类零件滚磨光整加工的模拟

6.2.1 模型的建立

6.2.2 滚磨光整加工方案

6.2.3 模拟设置

6.2.4 结果与分析

6.3 汽车轮毂外表面复合回转振动抛磨一致性提升研究

6.3.1 振动回转复合抛磨方案的提出

6.3.2 振动回转复合仿真结果及分析

6.3.4 一种轮毂旋振抛磨加工装置方案的提出

6.4 汽车轮毂外表面的重构器壁振动抛磨一致性提升研究

6.4.1 重构器壁方案的提出

6.4.2 重构器壁振动抛磨实验研究

6.5 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

致谢