第1期 2018年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)01012203
D0I:10.13462/j.cnki.mmtamt.2018.01.030
基于有限元分析的微型磨料流机床研究
刘慧，宋桂珍，李金羽
（太原理工大学机械工程学院，太原030024）
No.1 Jan.2018
摘要：磨料流加工（AFM)作为一种新型光整加工技术，加工一些内部形状复杂和尺寸较小的零件时有其独特的优势。为了便于对磨料流加工工艺进行更深入的实验研究，在分析其加工特点的基础上，研发一款电液联合控制的立式微型磨料流加工机床，该机床需具有结构尺寸小，但工作压力高的特点。为了确保其工作的可靠性，根据微型磨料流机床的结构设计方案，建立其三维模型，用ANSYS WORKBENCH软件进行整机静力学分析。据此分析结果预测微型磨料流机床工作时的变形量和应力分布情况，然后进行结构优化，并预测其承载能力，结果表明：其变形量和应力大小在安全、合理的范国之内。
关键词：磨料流机床；有限元：静力学分析：结构优化
中图分类号：TH122；TG584
文献标识码：A
Research of Micro Abrasive Flow Machining Tool Based on Finite Element Analysis
LIU Hui, SONG Gui-zhen, LI Jin-yu
( School of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)
Abstract : As a new processing technology of finishing cut, abrasive flow machining (AFM) has unique ad vantage when it is used to process the parts with complicated internal shape and small size. In order to do more experiments for the research of AFM technology, a vertical micro abrasive flow processing machine tool is designed based on analyzing the processing characteristics. It is controlled by electricity and hydraulic pressure. The machine tool has the characteristics of small structure size and high working pressure. In order to ensure the reliability of working process, its 3-D model is established according to the structural design scheme of micro abrasive flow machining tool. Using the software ANSYS WORKBENCH to do the statics analysis. According to the simulation results to predict the deformation and stress distribution of micro abra-sive flow machining tool and do the structure optimization and predict its carrying capacity. The result shows that the deformation and stress are in a safe and reasonable range. The research provides a theoretical and technical guarantee for the manufacture of prototype, and also provides a reference for the development of newequipment.
Key words: AFM tool;finite element;statics analysis;structure optimization
0引言
上世纪八十年代，磨料流加工机床随铝型材成型设备被一同引进到国内，引起国内学者和技术人员的广泛关注[1-2]，开展相关研究并取得了一批理论成果[36】,同时在模具、结构零件、液压元件、齿轮等的加工中获得成功应用[7-10]。磨料流加工的关键因素在于粘弹性流体磨料，它具有流动性，在窄缝、微孔、曲面及异形孔腔等的加工中具有独特的优势。粘弹性磨料属于高粘度的两相流体，针对其在窄缝、微孔道中的流动研究多为流场分布和工艺参数影响的研究，关于其流动特性至今尚未被业内透彻掌握(1-12]。国外的
收稿日期：2017-03-07；修回日期：2017-05-21
相关研究也一直在不断深入之中[13-14]。
为了深入研究磨料流加工中的流动特性、材料去
除机理，同时从经济适用的角度考愿，研发微型磨料流加工机床，以便并展充分的实验和微小零件的应用研究。高粘度流体磨料被挤压流过窄缝、微孔时的阻力很大，所以机床的负载很大，但是工件上被加工孔道或利用夹具构造的孔道越窄小，加工效率越高，效果越好。因此，磨料流机床无论规格多大，都必须承受很大的工作载荷。为广预测微型磨料流加工机床结构设计方案的合理性，以及在加载条件下床身的变形情况和应力分布情况，进行了有限元分析和结构优化，使得机
*基金项目：山西省自然科学基金项目（2013011024-1）
作者简务势数据0—），女，山西析州人，太原理工大学碳士研究生，研究方向为机设计及理论，（E-mail)1012938984@qqcm；通讯作者：宋
程掺（4一），女，山西介休人，太原理工大学教授，研究方向为模具工程，特种加工技术，（E-mail）gxh_s@163.com。