本發(fā)明涉及磨粒流拋光，尤其涉及一種精細(xì)流道彎管拋光補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的精密流道彎管結(jié)構(gòu)，因現(xiàn)有的多種加工制造技術(shù)的逐漸成熟，原本傳統(tǒng)加工直角轉(zhuǎn)彎流道逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閳A弧過(guò)渡的直角轉(zhuǎn)流道。然而，受限于精密流道內(nèi)部可達(dá)性差，一些高精度的內(nèi)部加工拋光方式不適用，使得精密流道內(nèi)部?jī)?nèi)壁面表面質(zhì)量無(wú)法達(dá)到使用要求。磨粒流加工方式具有高可達(dá)性的特點(diǎn)，并且流體拋光的特點(diǎn)可以有效避免流道內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜取向帶來(lái)的干涉，然而這就使得現(xiàn)有的截面形狀不變的圓弧過(guò)度的直角轉(zhuǎn)彎流道，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)壁面和外避免的拋光不均勻現(xiàn)象。

2、目前，市場(chǎng)使用的流體磨粒流技術(shù)在拋光精密流道彎管部分時(shí)，彎管截面處周向各部分去除不一致，而且面向高精度的產(chǎn)品或者高要求的使用環(huán)境時(shí)，無(wú)法保證滿足產(chǎn)品一致性較高的前提下完成均勻有效的拋光。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的未解決上述拋光流道結(jié)構(gòu)時(shí)存在的不足，提出了一種精密流道拋光的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于磨粒流拋光精密流道彎管部分時(shí)磨粒隨流體運(yùn)動(dòng)特性的特點(diǎn)，提出一種補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，能夠改善流體與速度場(chǎng)以及壓力場(chǎng)分布，使得拋光流道彎管大徑處以及小徑處更加均勻，拋光后的質(zhì)量更好。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種精細(xì)流道彎管拋光補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟：

3、（1）對(duì)于給定需要拋光的金屬液壓管路系統(tǒng)，從管路系統(tǒng)中提取初始特征彎管流道的流道直徑、轉(zhuǎn)彎半徑以及轉(zhuǎn)彎角度；

4、（2）給定拓?fù)鋬?yōu)化需要的設(shè)計(jì)空間及邊界條件，通過(guò)solidworks對(duì)流道的流域進(jìn)行幾何建模得到拓?fù)溆蚰Ｐ?，并?duì)添加拓?fù)溆蛭催M(jìn)行優(yōu)化流道模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

5、（3）將直管流域部分在磨粒流拋光中設(shè)定為非拓?fù)鋬?yōu)化流域，只需對(duì)速度方向發(fā)生變化且會(huì)產(chǎn)生回流區(qū)域的局部轉(zhuǎn)彎處流域進(jìn)行流體仿真并拓?fù)鋬?yōu)化，得到設(shè)計(jì)空間內(nèi)流域拓?fù)鋬?yōu)化的初步結(jié)果；

6、（4）根據(jù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)對(duì)彎管部分的流體域重新建模，對(duì)流體域增加壁厚生成能夠進(jìn)行增材制造的流道實(shí)體，對(duì)其結(jié)構(gòu)補(bǔ)償并建立得到所需的流道結(jié)構(gòu)。

7、進(jìn)一步地，所述步驟（2）中通過(guò)solidworks對(duì)原始流道的流域進(jìn)行幾何建模得到拓?fù)溆蚰Ｐ?，并?duì)添加拓?fù)溆蛭催M(jìn)行優(yōu)化流道模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，具體為：首先確定流體拓?fù)鋮^(qū)域范圍，以流道彎管與直管交接截面兩邊各直線延伸與流道轉(zhuǎn)彎半徑相同長(zhǎng)度，以此作為流體拓?fù)鋮^(qū)域，由此通過(guò)solidworks對(duì)流域部分進(jìn)行建模得到拓?fù)溆蚰Ｐ?；由于直管流域部分不存在局部壓力損失，即非拓?fù)鋬?yōu)化流域，因此只對(duì)速度方向發(fā)生變化的局部轉(zhuǎn)彎處流域進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，建立設(shè)計(jì)空間；即將三維模型以.xt格式導(dǎo)入ansys?workbench，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，所述網(wǎng)格采用的是非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格，其網(wǎng)格為六面體，大小設(shè)置0.1mm，由此得到拓?fù)淝敖Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型。

8、進(jìn)一步地，所述步驟（3）中將直管流域部分在磨粒流拋光中設(shè)定為非拓?fù)鋬?yōu)化流域，具體為：非拓?fù)鋬?yōu)化流域在磨粒流拋光過(guò)程中，不存在速度場(chǎng)的急劇變化的直管流域部分，并且磨粒在整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中處于均勻去除的狀態(tài)且直管部分不存在局部壓力損失。

9、進(jìn)一步地，所述步驟（2）中的拓?fù)鋬?yōu)化，其拓?fù)鋬?yōu)化的方法是采用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值方法進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化的，具體為：以固體各向同性懲罰插值模型simp拓?fù)鋬?yōu)化理論建立數(shù)學(xué)模型，以單元密度為設(shè)計(jì)變量；固體各向同性懲罰插值模型simp是連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化中一種變密度法插值模型；由于設(shè)計(jì)變量或者為0，即單元去除；或者為1，即單元保留；所述拓?fù)鋬?yōu)化是離散變量0或1的組合優(yōu)化，若設(shè)計(jì)域中存在n個(gè)設(shè)計(jì)變量，則從個(gè)方案中尋找最優(yōu)解；當(dāng)n大于64或者128時(shí)，則導(dǎo)致“組合爆炸”，所需的分析次數(shù)超出計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，則會(huì)導(dǎo)致無(wú)法計(jì)算；因此需要將離散變量松弛為0-1的連續(xù)變量，并應(yīng)用基于連續(xù)變量的導(dǎo)數(shù)優(yōu)化算法求解，對(duì)中間密度進(jìn)行懲罰或者限制，以確保中間密度不會(huì)出現(xiàn)或者受到限制，使之向0或1兩極轉(zhuǎn)變。

10、具體地，所述simp為懲罰模型，利用oc優(yōu)化準(zhǔn)則拓?fù)鋬?yōu)化求解算法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，所述oc準(zhǔn)則法根據(jù)局部區(qū)域的初始設(shè)計(jì)點(diǎn)，約束每次迭代應(yīng)滿足的優(yōu)化條件來(lái)求解的。

11、進(jìn)一步地，所述oc準(zhǔn)則法包括最佳特性理論和重新設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，所述重新設(shè)計(jì)準(zhǔn)則利用的是控制器反饋方法，其評(píng)估系統(tǒng)為結(jié)構(gòu)力學(xué)中的有限元分析或計(jì)算流體力學(xué)分析，由評(píng)估系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)響應(yīng)，設(shè)計(jì)響應(yīng)為cfd中的速度場(chǎng)或結(jié)構(gòu)力學(xué)中的應(yīng)力分布，應(yīng)用于流體動(dòng)力學(xué)中的oc方法基于阻止回流產(chǎn)生的優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化約束為體積約束，對(duì)回流區(qū)域單元進(jìn)行“沉降”，并通過(guò)監(jiān)測(cè)流域內(nèi)的回流值約束壓力損失，所述回流值代表與流向相反的總質(zhì)量流量，優(yōu)化器通過(guò)評(píng)估流場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)回流值，由于當(dāng)前不會(huì)自動(dòng)停止優(yōu)化過(guò)程，需要設(shè)置預(yù)定迭代次數(shù)，當(dāng)完成預(yù)定迭代次數(shù)后會(huì)結(jié)束優(yōu)化過(guò)程，根據(jù)受體積約束的優(yōu)化目標(biāo)，以及在給定的設(shè)計(jì)空間中保留或去除實(shí)體來(lái)迭代地改變流域，實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化。

12、進(jìn)一步地，所述約束每次迭代應(yīng)滿足的優(yōu)化條件來(lái)求解的，具體為：首先給出迭代的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：；其中為第k+1次迭代的變量；為第k次迭代的比例因子；為第k次迭代的解；首先將具有約束的拓?fù)鋬?yōu)化模型轉(zhuǎn)為無(wú)約束的拉格朗日函數(shù)，通過(guò)求解拉格朗日乘子來(lái)求解目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解，其拉格朗日方程表達(dá)式為：；其中，為結(jié)構(gòu)的柔度；v為材料體積分?jǐn)?shù)；?為單元設(shè)計(jì)變量；為第i次單元設(shè)計(jì)變量；為使得l函數(shù)最小化的v值；和分別為單元設(shè)計(jì)變量上下限，、和是與約束對(duì)應(yīng)的拉格朗日乘子；其中，其目標(biāo)函數(shù)極限值是根據(jù)kuhn-tucker條件來(lái)確定，表達(dá)式如下：；其中為 l函數(shù)最小化的 v值；為等式約束的拉格朗日乘子；為約束條件；通過(guò)引入阻尼因子以及移動(dòng)極限常數(shù)兩個(gè)參數(shù)穩(wěn)定迭代，其中，；即采用如下迭代更新形式：；其中，k為次數(shù)，?為k次的設(shè)計(jì)變量。

13、進(jìn)一步地，所述步驟（3）中的局部轉(zhuǎn)彎處流域進(jìn)行流體仿真并拓?fù)鋬?yōu)化，是基于步驟（2）給定拓?fù)鋬?yōu)化需要的設(shè)計(jì)空間及邊界條件而完成，具體為：所述流體仿真是將網(wǎng)格模型導(dǎo)入到fluent求解器中進(jìn)行計(jì)算；所述設(shè)計(jì)空間及邊界條件包括材料屬性和邊界條件；所述材料屬性包括：使用密度為的46號(hào)液壓油作為油液介質(zhì)，其動(dòng)力粘度為；所述邊界條件求解為：設(shè)總體積流量為0.38l/min，則入口質(zhì)量流量為0.5.4*10^-3kg/s，將入口設(shè)置為速度入口，平均速度為2m/s，出口設(shè)置為壓力出口，根據(jù)液壓系統(tǒng)實(shí)際工況，設(shè)定出口壓力大小為0mpa進(jìn)行仿真；根據(jù)cfd仿真結(jié)果在給定的設(shè)計(jì)空間內(nèi)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，以入口與出口間壓力損失為優(yōu)化目標(biāo)，流域材料的體積為約束，得到設(shè)計(jì)空間內(nèi)流域拓?fù)鋬?yōu)化的初步結(jié)果。

14、進(jìn)一步地，對(duì)所述設(shè)計(jì)空間內(nèi)流域拓?fù)鋬?yōu)化的初步結(jié)果進(jìn)行形狀優(yōu)化處理，得到拓?fù)淞饔虻墓饣妫ㄟ^(guò)提取拓?fù)浜蠊艿纼?yōu)化特征，對(duì)彎管拓?fù)鋮^(qū)域進(jìn)行重新建模，確定流道轉(zhuǎn)彎部分變截面結(jié)構(gòu)在初始彎管部分的尺寸長(zhǎng)度，以及變截面形狀在彎管部分的尺寸變化大小，重新建模得到特定尺寸下精密流道彎管部分的拓?fù)溲a(bǔ)償結(jié)構(gòu)，對(duì)彎管部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，對(duì)于彎管流域在轉(zhuǎn)彎處短徑處，形成向內(nèi)凹陷的“月牙型”凹槽，以用來(lái)抑制在高速磨粒流拋光過(guò)程中磨料介質(zhì)流體所產(chǎn)生的回流區(qū)域，同時(shí)在連接直流道部分形成過(guò)渡緩沖區(qū)域，同時(shí)拓?fù)溲a(bǔ)償結(jié)構(gòu)對(duì)于轉(zhuǎn)彎中心形成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，用于對(duì)磨粒流雙向拋光；對(duì)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的彎管精密流道和為做補(bǔ)償結(jié)構(gòu)彎管精密流道進(jìn)行流體力學(xué)分析，通過(guò)對(duì)比結(jié)構(gòu)補(bǔ)償前和結(jié)構(gòu)補(bǔ)償后流道的流體力學(xué)分析結(jié)果，在相同進(jìn)出口條件設(shè)置下，補(bǔ)償后得到均勻的流域速度場(chǎng)，且補(bǔ)償后的流道截面改變了磨粒流拋光過(guò)程中在彎管截面部分流動(dòng)特性；同時(shí)進(jìn)行壓力場(chǎng)分布的比較，補(bǔ)償后的精密流道結(jié)構(gòu)去除了彎管部分所產(chǎn)生的低壓區(qū)域、介質(zhì)流速方向變化產(chǎn)生的渦旋區(qū)，以及流動(dòng)方向改變所引起地彎管部分內(nèi)測(cè)和外側(cè)的不同壓力。

15、進(jìn)一步地，所述步驟（4）中對(duì)流體域增加壁厚生成能夠進(jìn)行增材制造的流道實(shí)體，具體為：由于重新建模后的流體域?yàn)樽兘孛媪饔?，呈非?guī)則形狀，需要為流域增加壁厚才能生成可進(jìn)行增材制造的流道實(shí)體，在保證流道力學(xué)性能，避免應(yīng)力集中的前提下為變截面流域增加均勻壁厚；所述增加均勻壁厚是通過(guò)曲面偏移的方式為補(bǔ)償后的的流域增加均勻的安全壁厚得到流道實(shí)體模型；所述曲面偏移為流域部分向外擴(kuò)展形成流道。

16、本發(fā)明的有益效果時(shí)：

17、本發(fā)明設(shè)計(jì)了磨粒流拋光精密流道彎管部分的均勻拋光補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)彎管

18、部分短徑、長(zhǎng)徑側(cè)的均勻拋光。解決了高速磨粒流拋光在彎管部分過(guò)拋問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了精密流道彎管部分拋光后的結(jié)構(gòu)完整。