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

1、人工關(guān)節(jié)表面的光滑度對其功能和使用壽命有著至關(guān)重要的影響，鈦合金以其高強度低模量的特性在人工關(guān)節(jié)設(shè)計中被廣泛采用，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)的磨粒流對工件表面進行加工的一種方法，具有極強的性狀適應(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償?shù)膹?fù)雜曲面磨粒流加工方法，基于流體

2、體積模型進行了磨粒流流場的數(shù)值模擬仿真，通過實驗驗證該方法的有效性。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)理論計算流道內(nèi)磨粒流的雷諾數(shù)，確認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)計學(xué)入手，引入曲率及氣體補償?shù)挠绊懸蛩兀⒘瞬牧先コＰ汀?br>　　2.利用 Fluent對仿形約束流道內(nèi)磨粒流運動情況進行數(shù)值模擬，分別研究了在相同入口條件下

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