基于磁流变液的自由磨粒精密加工技术及仿真

论文摘要

磁流变液作为智能材料中的一个重要分支,由于其独特的磁场响应特性,不容置疑地成为一种重要的新型材料,并在机械、航空、建筑、医疗、汽车等领域具有广泛的应用前景,愈来愈受到国内外科学界重视。而自由磨粒加工技术是历史悠久而又不断发展的加工方法,它是不切除或切除极薄的材料层,用以降低工件表面粗糙度值或强化加工表面的加工方法,多用于最终工序加工。近年来,在这些传统工艺的基础上,出现了许多新的自由磨粒加工方法。尽管如此,到目前为止,还没有一种公认且合理的理论去说明磁流变液的内在机理。并且,在众多关于磁流变液的应用论文中,还没有有关将磁流变液应用到精密加工当中的论文发表,这使得这种优越的技术不能应用到精密加工而让人遗憾。本论文从以下几个方面对磁流变液自由磨粒高精密加工技术进行研究:（1）阐述了磁流变液技术和发展概况、自由磨粒技术的发展、磁流变液自由磨粒精密加工技术的技术优势和不足、磁流变液的发展动态和存在的问题,并且论述了研究本课题的意义、目的和实用价值。（2）本文从磁流变液的组成、类型、本构关系、性能影响因素、磁流变效应的机理、链化模型、相变模型等方面对磁流变液做了完整的分析和研究。（3）论文从影响磁流变液自由磨粒高精密加工的因素入手,分析了自由磨粒微加工的加工机理,建立了自由磨粒微磨削模型,并推导出了深孔加工过程中的有效磨粒数。（4）论文以两相流理论为基础,以FLUENT软件为计算平台,建立了磁流变液-SiC磨粒两相流模型,并基于求解两相流模型的SIMPLE算法,从而完成了磁流变液自由磨粒高精密加工中的主要参数对加工质量的影响仿真,如不同进出口压力差、磁流变液黏度（外加磁场强度）、SiC自由磨粒的浓度对壁面压力以及SiC自由磨粒速度场的影响。同时,也间接反映了这些参数对磨削效率和加工表面粗糙度的影响,从而为参数选择提供有价值的参考依据。（5）论文还完成了对磁流变液-SiC自由磨粒运动轨迹的仿真。（6）总结了论文工作,并提出了探索性的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磁流变液技术及发展概况
• 1.2 自由磨粒高精密加工技术
• 1.2.1 研磨和抛光
• 1.2.2 磁粒光整加工
• 1.2.3 磁力悬浮研磨
• 1.2.4 磁性流体加工
• 1.2.5 磁流变抛光
• 1.2.6 磨料流加工
• 1.2.7 磨粒喷射加工
• 1.2.8 弹性发射加工
• 1.2.9 动压浮起平面研磨
• 1.2.10 浮动加工
• 1.2.11 水合抛光加工
• 1.2.12 化学机械抛光
• 1.3 磁流变液精密加工技术优势和不足
• 1.4 磁流变液国内外发展动态
• 1.5 磁流变液技术存在的问题
• 1.6 研究课题目的、意义及实用价值
• 1.7 论文的主要工作
• 第2章 磁流变液的机理研究
• 2.1 磁流变液
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 组成与类型
• 2.2 磁流变液的本构关系
• 2.2.1 稳态剪切场下的本构关系
• 2.2.2 动态剪切场下的本构关系
• 2.3 磁流变液的性能
• 2.3.1 稳定性
• 2.3.2 磁特性
• 2.3.3 流变性
• 2.3.4 零磁场粘度
• 2.4 磁流变效应机理
• 2.5 磁流变液的链化模型
• 2.6 磁流变液中颗粒的链化形式
• 2.7 磁流变效应的影响因素
• 第3章 磁流变液自由磨粒精密加工机理
• 3.1 磁流变液-自由磨粒精密加工概述
• 3.2 自由磨粒加工机理
• 3.2.1 微切削
• 3.2.2 按创成原理形成表面
• 3.2.3 多刃加工特性与多方向切削功能
• 3.3 有效磨粒数的推导
• 3.4 磁流变液-SiC自由磨粒加工模型的建立
• 3.4.1 总压力P的求解
• 3.4.2 磁流变液-SiC自由磨粒加工数学模型的建立
• 第4章 仿真模型的建立
• 4.1 计算流体力学CFD概述及仿真条件选择
• 4.1.1 CFD概述
• 4.1.2 Fluent软件概述
• 4.1.3 Fluent求解的步骤
• 4.1.4 数值解法的选择
• 4.1.5 湍流模型的选择
• 4.1.6 相间作用力模型选择
• 4.1.7 边界条件的设置
• 4.2 固液两相流模型
• 4.2.1 磁流变液自由磨粒固液两相流的基本方程
• 4.2.2 能量守恒方程
• 4.3 自由磨粒加工的固液两相流模型理论
• 4.4 GAMBIT建模及仿真流程
• 第5章 FLUENT对动压力和速度的仿真
• 5.1 速度入口、压力出口仿真
• 5.2 压力进口、压力出口仿真
• 5.2.1 压强的影响
• 5.2.2 SiC磨粒的体积分数的影响
• 5.2.3 载体黏度的影响
• 5.3 自由磨粒轨迹仿真过程
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢