鈦合金人工關(guān)節(jié)復(fù)雜曲面磨粒流加工數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、人工關(guān)節(jié)表面的光滑度對(duì)其功能和使用壽命有著至關(guān)重要的影響，鈦合金以其高強(qiáng)度低模量的特性在人工關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中被廣泛采用，但鈦合金人工關(guān)節(jié)表面多為曲面，目前人工關(guān)節(jié)拋光主要由手工操作，拋光質(zhì)量難以穩(wěn)定。
　　磨粒流精密加工是利用處于湍流流態(tài)的磨粒流對(duì)工件表面進(jìn)行加工的一種方法，具有極強(qiáng)的性狀適應(yīng)性，能夠?qū)?fù)雜曲面形成有效的精密加工，本文針對(duì)鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面加工問題，在前期研究基礎(chǔ)上提出了一種基于氣體補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜曲面磨粒流加工方法，基于流體

2、體積模型進(jìn)行了磨粒流流場(chǎng)的數(shù)值模擬仿真，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法的有效性。本文主要工作和成果如下：
　　1.提出了氣體補(bǔ)償復(fù)雜曲面磨粒流加工方法，構(gòu)建磨粒流加工約束流道，基于流體力學(xué)理論計(jì)算流道內(nèi)磨粒流的雷諾數(shù)，確認(rèn)了磨粒流處于湍流狀態(tài)；從單顆磨粒的受力分析和磨粒在流道內(nèi)的統(tǒng)計(jì)學(xué)入手，引入曲率及氣體補(bǔ)償?shù)挠绊懸蛩?，建立了材料去除模型?br>　　2.利用 Fluent對(duì)仿形約束流道內(nèi)磨粒流運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬，分別研究了在相同入口條件下

3、，不同氣體補(bǔ)償入口位置及氣體補(bǔ)償絕對(duì)壓強(qiáng)，對(duì)流道內(nèi)磨粒流運(yùn)動(dòng)特性的影響，發(fā)現(xiàn)：氣體補(bǔ)償入口在入口區(qū)時(shí)，磨粒流運(yùn)動(dòng)特性分布均勻，氣體補(bǔ)償絕對(duì)壓強(qiáng)越高，磨粒流運(yùn)動(dòng)特性提升越大。
　　3.設(shè)計(jì)加工觀測(cè)流道，進(jìn)行了 PIV觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，通過圖像處理技術(shù)得出速度矢量圖和運(yùn)動(dòng)渦量圖，得出結(jié)論：氣體補(bǔ)償后，磨粒與工件接觸幾率增加，磨粒流在流道內(nèi)呈湍流流動(dòng)。
　　4.研制了氣體補(bǔ)償復(fù)雜曲面磨粒流加工裝置，編制加工工藝，進(jìn)行了加工實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過16小