磨料流加工

磨料流加工中有效磨粒工况对加工结果影响的仿真分析发布时间：2023-02-17T02:37:42.150Z 来源：《教育学文摘》2022年第9月19期作者：张志斌[导读] 利用Abaqus软件构建磨料流加工仿真模型，对加工过程中近壁粒子运动状态进行仿真分析。

通过比较可知，有效磨粒所受的压强对Mises应力有显著影响，磨料流速有明显但非线性的影响。

张志斌（安徽水利水电职业技术学院，安徽合肥 230000）摘要：利用Abaqus软件构建磨料流加工仿真模型，对加工过程中近壁粒子运动状态进行仿真分析。

通过比较可知，有效磨粒所受的压强对Mises应力有显著影响，磨料流速有明显但非线性的影响。

结果为后续磨料流加工仿真研究提供理论依据与模型支持。

构建磨料流加工模型研究加工机理提供理论依据与模型支持。

关键词：磨料流加工；Abaqus；数值模拟引言磨料流加工（Abrasive Flow Machining, AFM）是1960年后开发的新型加工工艺，McCarty[1]称其为挤压珩磨法。

随着有限元算法的完善与CAE技术的发展，学者尝试通过仿真手段进行研究。

Junye Li[2]等人研究磨粒流加工工艺中的微孔磨粒流加工技术，通过控制磨粒筒活塞的运动速度来控制工件与磨粒流的相对运动，提高加工精度和效率。

Jain[3]等人采用有限元法分析磨料流加工外表面过程，他们发现当工件所受剪切应力低于屈服应力时，粘塑性物质可视为刚性物质。

超过屈服应力，粘塑性物质可视为牛顿流体。

Bo Tang[4]等人基于液固两相流耦合理论和连续介质理论，建立了面向模具结构面精密加工的软性磨料黏结流动力学模型。

1 磨料流加工仿真研究1.1 基本假设（1）磨料流动为稳定流动；（2）固相、液相均无相变；（3）将磨料中的载体简化为粘弹性边界条件；（4）忽略惯性力作用；（5）满足摩擦条件且摩擦系数保持常数；（6）不考虑热力耦合。

（7）磨粒简化为圆形颗粒。

1.2 模型的建立当使用中低浓度磨料进行抛光时，磨料中的磨粒分布稀疏而均匀，很难形成稳定的力链结构。

磨粒流体弹性磨料配方及制作加工工艺1.磨粒的选择磨粒是磨料的主要成分，它对磨料的性能具有重要影响。

常见的磨粒有氧化铝、碳化硅、氮化硅等。

选择磨粒时应考虑材料的硬度、粒度分布、颗粒形状等因素，以满足特定的磨削要求。

2.溶剂的选择溶剂是将磨粒和粘结剂溶解或分散在一起的介质，它能够提供磨料的润湿性和流动性。

常见的溶剂有水、乙醇、酮类溶剂等。

选择溶剂时应考虑对磨粒和粘结剂的溶解性和挥发性，以确保磨料的均匀性和稳定性。

3.粘结剂的选择粘结剂起到粘合磨粒和溶剂的作用，使其形成固体磨料。

常见的粘结剂有聚氨酯、丙烯酸树脂等。

选择粘结剂时应考虑对磨粒的粘结性、耐磨性和耐化学腐蚀性能，以保证磨料的强度和稳定性。

4.配方比例的确定根据磨粒、溶剂和粘结剂的特性，确定适当的配方比例是制备磨粒流体弹性磨料的关键步骤。

一般来说，磨粒的质量要占配方总质量的50%以上，溶剂的质量要相对较少，以保持磨粒的稀释度，粘结剂的质量则要根据需要来确定。

5.制备加工工艺制备磨粒流体弹性磨料的加工工艺包括研磨、搅拌、静置和过滤等步骤。

(1)研磨:将磨粒进行打磨和研磨，以去除尖锐的边缘，提高磨粒的表面光滑度。

(2)搅拌:将磨粒、溶剂和粘结剂依次添加到搅拌容器中，用搅拌器进行充分混合和搅拌，直至形成均匀的磨料。

(3)静置:将混合好的磨料静置一段时间，以去除其中的气泡和杂质，并使粘结剂充分溶解或分散。

(4)过滤:将经过静置的磨料通过滤网或滤纸进行过滤，以去除其中的固体颗粒和杂质，得到纯净的磨料溶液。

(5)包装:将过滤好的磨料溶液进行包装，使用密封性良好的容器以防止挥发和污染。

总结：磨粒流体弹性磨料的配方和制作加工工艺对于制备高质量的磨料至关重要。

在配方设计时需要考虑磨粒、溶剂和粘结剂的特性，确定适当的比例；在制作加工工艺中要进行研磨、搅拌、静置和过滤等步骤，确保磨料的分散均匀和稳定性。

只有通过合理配方和严格制作加工，才能获得理想的磨粒流体弹性磨料。

液态磨粒流加工技术及其在航空工业中的应用为满足高性能飞机发展的需要,航空零部件日趋复杂化、精细化。

精密零件制造的最终精整加工诸如抛光、倒圆、去毛刺等则是一种劳动强度大且不易控制的生产过程。

复杂零部件的精加工尤为困难。

液态磨粒流加工是通过液态磨料介质—一种载有磨料的研磨液体,在压力作用下往复流过零件被加工面而实现去毛刺，抛光等光整加工的工艺。

由于介质在压力作用下可以流动,因此,它所流经的任何部位都将被光整,对于那些一般工具难以接触的零件内腔,内孔，复杂孔道等。

液态磨粒流光整技术的优越性尤为突出。

对于内、外型面复杂的零件,液态磨粒流光整技术是一种保证精度和效率的理想方法。

经过液态磨粒流加工的零件,表面粗糙度可达Ra0.05,去毛刺的小孔孔径可小至0.05mm,边缘倒圆半径达0.03-1.5mm,公差可控制在0.005。

液态磨粒流光整技术的主要优点有下述几点。

一可加工内腔复杂的零件对于内腔复杂的零件来说,要抛光内腔,手工工具是无法接触的,其它方法亦难以实现,而采用液态磨粒流技术,内腔抛光难题即可迎刃而解。

例如,一个具有几个交叉孔的铸造液压阀体。

为了改善流场,需要消除内腔表面的氧化皮并加以光整。

尽管该零件内腔复杂,但采用液态磨粒流光整技术,可以很方便地将内腔抛光,各转接点也得到了满意的倒圆。

这是其它方法难以实现的。

二均匀性和重复性好抛光表面均匀性和重复性好是磨粒流光整技术的突出优点。

同传统手工抛光方法相比,这一优点引伸出其它一些好处，降低劳动力成本、延长零件寿命、降低废品率、减少检验次数。

例如,采用磨粒流光整技术能均匀地抛光叶片型面,保持型面原有的精度。

在大批量生产中,由于磨粒流光整加工的重复性好,每一批零件中,只需随机抽检一二个零件即可,从而减少了检验费用。

再如,不同形状的齿轮经过磨粒流光整加工,可得到均匀的棱边倒圆,改善零件强度和提高总体质量。

三可实现自动化生产，在精密零件的自动化生产中,抛光工序被认为是最大的障碍。

流体抛光技术研究精密零件制造中的最终精加工是一种劳动强度大而不易控制的过程，它在全部制造成本中所占的比重有时可高达15%。

磨料流加工技术是一种能够保证精度、效率、经济的自动化光整加工方法，是解决精密零件最终精加工的一种有效方法[1]。

它是以一定的压力强迫含磨料的粘弹性物质（半流动状态的蠕变体或粘弹性体，称其为柔性磨料或粘弹性磨料）通过被加工表面，利用其中磨粒的刮削作用去除工件表面微观不平材料而达到对工件表面光整加工的目的。

磨料流加工是20世纪60 年代由美国两公司独立发展起来的，最初应用于航空、航天领域的复杂几何形状合金工件的去毛刺加工。

随着科学技术的飞跃发展，在宇航、导弹、电子、计算机等精密机械零件的工艺性能要求不断提高的情况下，以前用手工、机械、化学等方法对零件表面进行抛光、倒角、去毛刺均有其局限性，特别是对零件内小孔径、相互交叉的孔径及边棱进行抛光、倒角、去毛刺更是无能为力；而磨料流加工技术由于具有对零件隐蔽部位的孔、型腔研磨、抛光、倒圆角的作用，又有对外表面各种复杂型面研磨、抛光的能力，因而具有其它方法无法比拟的优越性。

目前，这项技术已应用在宇航和兵器工业，同时也扩展到了纺织、医疗、缝纫、精密齿轮、轴承、模具制造等其它机械行业。

近年来，Fletcher 等研究了磨料流加工中应用的高分子聚合物的热特性和流变性，认为介质的流变性对磨料流加工的成败具有重要的作用。

Davies 和Fletcher 研究了几种配料的流变性与其相应的加工参数之间的关系，结果表明黏度和磨料的比例都会影响温度和介质通过工件时的压力下降，在磨料流加工过程中温度是影响介质黏度的一个重要因素。

Williams 和Rajurkar 的研究表明，介质的黏度和挤压力主要决定着表面的粗糙度和材料去除率，表面粗糙度精度的改善主要发生在磨料介质的前几个挤压往复行程中，并提出了估算动态有效切削磨粒数目的方法和每个行程中磨粒磨损量的计算方法。

美国磨粒流加工技术解决孔加工问题
磨粒流加工技术是一种最新的机械加工方法，它是以磨料介质(掺有磨粒的一种可流动的混合物)在压力下流过工件所需加工的表面，进行去毛刺、除飞边、磨圆角，以减少工件表面的波纹度和粗糙度，达到精密加工的光洁度。

AFM法在需要繁复手工精加工或形状复杂的工件，以及其他方法难以加工的部位是最好的可供选择的加工方法。

AFM法也可应用于以滚筒、震动和其它大批量加工不够满意或加工时要受伤的工件。

并且能有效得到去除放电加工或激光光束加工后再生的脱层和先前工序加工表面所残留的残余应力。

我们经常可以看到的手工或机械研磨方法来改变孔和平面的表面质量，但是
对于例如大型汽车发动机缸盖内部的复
杂曲面和其它复杂表面的表面抛光，往往
是束手无策。

美国EXTRUDE磨粒流加工技术，为
原先其它无法解决的工件内部，特别是异
形孔、交叉孔去毛刺、抛光问题，提供了很好的解决方案。

兰生提供的美国EXTRUDE磨粒流挤压研磨去毛刺机床解决了该问题，EX800系列：EX800、EX800L，EX1000系列：EX1000、EX1080、EX1500，EX2000
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《磨料流加工技术的理论分析和实验研究》一、引言磨料流加工技术作为一种新型的加工方式，在制造业中具有广泛的应用前景。

本文旨在深入探讨磨料流加工技术的理论基础，并通过实验研究验证其在实际应用中的效果。

本文首先对磨料流加工技术进行理论分析，然后通过实验研究其加工效果，为该技术的进一步应用提供理论依据和实验支持。

二、磨料流加工技术的理论分析1. 磨料流加工技术概述磨料流加工技术是一种利用磨料在流体介质中流动，对工件进行加工的工艺方法。

其基本原理是通过磨料的冲击和剪切作用，去除工件表面的多余材料，从而达到加工的目的。

该技术具有加工效率高、加工精度高、适用范围广等优点。

2. 磨料流加工技术的理论框架磨料流加工技术的理论框架主要包括磨料的选取、流体介质的特性、加工过程中的力学分析等方面。

首先，磨料的选取对于加工效果至关重要，需要根据工件的材料和加工要求选择合适的磨料。

其次，流体介质的特性对加工过程的影响也不可忽视，包括流体的粘度、密度、流动性等。

最后，通过力学分析，可以了解磨料在流体介质中的运动状态，以及其对工件的冲击和剪切作用。

3. 磨料流加工技术的优势与挑战磨料流加工技术相比传统加工方式具有明显的优势，如加工效率高、加工精度高、适用范围广等。

同时，该技术也面临一些挑战，如磨料的选用和配置、流体介质的稳定性、加工过程中的控制等。

针对这些挑战，需要进一步深入研究，以推动磨料流加工技术的广泛应用。

三、实验研究1. 实验目的与内容本部分实验旨在验证磨料流加工技术在实际应用中的效果。

实验内容主要包括：选取典型的工件材料，配置合适的磨料和流体介质，进行磨料流加工实验，观察并记录加工过程中的现象，分析加工后的工件表面质量、尺寸精度等指标。

2. 实验方法与步骤实验方法主要包括文献调研、理论分析、实验设计和数据分先进行文献调研和理论分析，了解磨料流加工技术的基本原理和影响因素。

然后设计实验方案，包括工件材料的选择、磨料的配置、流体介质的选取等。

《磨料流加工的切削机理及加工工艺的研究》篇一摘要：本文针对磨料流加工的切削机理及加工工艺进行了深入研究。

首先，介绍了磨料流加工的基本原理和特点；其次，详细阐述了切削机理，包括磨料流与工件之间的相互作用、磨料的选择与配比等；最后，探讨了磨料流加工的工艺流程、参数优化及实际应用。

一、引言随着制造业的快速发展，对工件表面质量的要求越来越高。

磨料流加工作为一种新型的加工技术，以其独特的加工特点和良好的加工效果，在制造业中得到了广泛的应用。

本文旨在深入研究磨料流加工的切削机理及加工工艺，以提高加工效率和工件质量。

二、磨料流加工的基本原理与特点磨料流加工是一种以磨料为介质，通过流体的冲刷作用对工件进行切削加工的技术。

其基本原理是利用高压泵将磨料和液体混合物输送到加工区域，通过磨料的冲刷和切削作用，去除工件表面的多余材料，从而达到加工目的。

其特点包括：切削力小、切削效率高、工件表面质量好等。

三、磨料流加工的切削机理1. 磨料与工件的相互作用在磨料流加工过程中，磨料与工件之间发生强烈的相互作用。

磨料通过高速流动的液体带动，对工件表面产生冲击力，从而实现切削作用。

同时，工件的形状和材质也会影响切削过程。

2. 磨料的选择与配比磨料的选择对切削效果具有重要影响。

根据不同的加工需求，可以选择不同粒度、硬度、形状的磨料。

此外，合理的磨料配比也是提高切削效果的关键因素。

适当的配比可以保证磨料在流态中保持良好的分散性和流动性，从而提高切削效率。

四、磨料流加工的工艺流程及参数优化1. 工艺流程磨料流加工的工艺流程主要包括工件装夹、制备磨料流体、施加压力、切削加工和后续处理等步骤。

其中，制备磨料流体是关键环节，需要确保磨料的粒度、浓度和流动性等参数满足加工要求。

2. 参数优化在磨料流加工过程中，需要优化的参数包括压力、流量、温度等。

这些参数对切削效果和工件质量具有重要影响。

通过合理的参数设置，可以提高切削效率，降低工件表面粗糙度，提高加工精度。

天津工业大学硕士学位论文离心研磨加工过程中磨料流态特征的理论和实验研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：***20070101１．１．２磨料流加工技术的分类适应于现代社会对零件表面质量的要求越来越高，近年来磨料流加工技术得到了很大发展．以降低表面粗糙度、改善零件表面力学性能和去除飞边毛刺为主要功能的磨料流加工新技术、新工艺不断涌现。

磨料流加工技术可分为喷射磨料流加工和自由磨粒磨料流加工。

二者的共同点是使用松散磨料，用特定的运动方式，在一定的介质中使磨料和工件获得相对运动，借助此相对运动，使磨料对工件产生切削，从而实现对工件的精细加工。

磨料流加工技术针对各种异形工件在高效率、高质量方面具有无可比拟的优点，因此在工业生产中得到广泛应用。

磨料流加工的本质是磨料颗粒借助于液体抛磨剂的辅助作用随机地对工件表面进行挤压、碰撞、刻划和微量磨削。

从力学的观点来看，它是一个液固两相流动问题。

１．２自由磨粒研磨加工简介自由磨粒研磨加工就是使用松散磨料，用特定的运动方式，在一定的介质中使磨料和工件获得相对运动，借助此相对运动，使磨料对工件产生切削，从而实现对工件的精细加工。

自由磨粒研磨加工的特点就是在加工过程中磨料始终与工件没有固定的相对位置，加工中磨料与工件均处于流体中的游离状态，以一定的相对速度和压力实现对工件表面的磨料流加工．自由磨粒研磨加工的目的，主要是降低金属工件的表面粗糙度，去除由于冲压、机加工等形成的表面毛刺。

在自由磨粒研磨磨料流加工中，磨粒依靠设备提供的某种运动方式，随机地对工件表面进行精加工．（ａ）（ｃ）图卜ｌ几种主要自由磨粒研磨］：艺（Ｅ１．）单筒滚磨（ｂ）行星滚磨（ｃ）涡旋磨（ｄ）振磨多行业如针织机机针、棉纺细纱钢领、金属电器零件、微型轴承零件等得到广泛应用。

行星滚磨加工的缺点是装卸物料耗用辅助时间较多。

１．２．２振磨加工振磨加工是将物料置于振动光饰设备的振动槽内，工作时，借助振动槽高频低幅的振动，将能量传递给物料，使物料问产生相对运动，从而实现对工件的加工。

磨粒流加工工程
磨粒流抛光我们并不觉得陌生，好多时候对机械加工技术都会采用
到这种技术，
磨粒流抛光的工作原理：这种技术最终的效果是得到抛光，倒角的
作用，在进行磨粒流加工过程当中，夹具要配合工件构成一个加工
通道，而两个相应的磨料缸自然就在这个通道中反复地来来回回挤动，然后磨料就会很平均地流进对通道外表以及边角将会停止研磨，实现结果。

磨粒流抛光的三个重要元素都是缺一不可的，挤压三研
磨机床主要作用是固定工件和夹具，以控制好压力，通过这些压力
来实现磨料被加工外表，可以到达去倒角毛刺等效果。

而磨料是由
一定量磨砂搞拌而成的，是一种具有粘弹性，柔软性和切割性的半
固态载体的材料，
总的来说，要真正顺利完成工件的磨粒流加工，得到最理想的效果，被重视的要素有很多，当然是除了设备以外，对磨料的选择，夹具
的合理使用，压力的大小程度以及循环次数的多少这几方面的问题
也要做得完美。

磨粒流抛光这种工艺到目前为止已经好普遍用于汽车零部件的精加
工技术，例如有：气缸头，喷油器，喷油嘴，增压腔，进气门，进
排气管，花健，齿轮，制动器等。

根据现在的开发新技术，磨粒流
抛光将会出现更加颠峰的位置上，使得缺乏的地方都得到更好的改善，自身的应用条件也相当的渐大。