声波辅助剪切增稠高效抛光方法研究

发布时间：2017-10-19 19:48

  本文关键词：声波辅助剪切增稠高效抛光方法研究

  更多相关文章： 曲面 声波辅助 剪切增稠抛光 材料去除率 表面粗糙度

【摘要】：近年来,随着世界经济的快速发展,科学技术不断取得新进展和突破,各类科技产品的表面形状也越来越向曲面甚至复杂曲面发展,进一步增加了其超精密加工的难度。多曲率曲面组成的复杂曲面已经广泛成为车辆运输、航海、航天、能源、模具、医疗器械等领域工业产品及其零部件的工作面。如何高效、高质量、低成本的加工复杂曲面已经成为超精密加工技术的研究热点。本文在剪切增稠抛光方法的基础上,通过引入声波辅助振动实现了对抛光液剪切增稠强度的可控,进而提出了一种声波辅助剪切增稠抛光方法,实现了对复杂曲面类零件的高效、高质量、低成本的加工。本文对声波辅助剪切增稠抛光方法的研究主要内容如下:阐述了声波辅助剪切增稠抛光原理,并依据声波在理想介质中的三个基本方程,推导出了声波在粘性媒质中的运动方程进而分析了声波的传递特性对抛光液粘度分布的影响。利用数字粘度计进行流变测试实验,研究了声波频率、功率、波形对剪切增稠抛光液流变特性的影响规律。进行声波辅助剪切增稠抛光验证实验,分析了声波作用方向对抛光效果的影响,结果表明在声波作用方向平行于工件表面时的抛光效果较好。建立了声波辅助剪切增稠抛光实验平台,主要包括声波发生装置、工件夹具四轴联动装置、抛光液循环冷却及粘度控制系统,为后续的声波辅助剪切增稠抛光工艺实验等研究奠定了基础。研制了频率振幅信号检测装置用以检测声波发生装置的性能,从而验证了声波发生装置的可靠性。基于非牛顿流体的本构方程和流体力学理论,推导了声波辅助剪切增稠抛光过程中工件表面作用力的力学模型,在此基础上建立了抛光过程中的材料去除预测模型,并将预测值与实验值对比,两者误差在9%以内,验证了该材料去除预测模型的正确性。通过单因素抛光加工实验分析了声波频率、声波功率和声波波形对抛光效率与抛光质量的影响规律。通过田口正交实验分析,得出了对材料去除率以及表面粗糙度影响的主次因素,对于材料去除率而言,声波频率影响最为显著(50%),声波功率影响次之(31%),声波波形影响最小(11%);其对于表面粗糙度而言,声波波形影响最为显著(36%),声波频率影响次之(33%),声波功率影响最小(28%);根据实验结果分析,在声波频率20Hz、声波功率25W、正弦波形条件下,工件材料去除率最高,材料去除率达到了11.32μm/h;在声波频率为60Hz,声波功率为25W,正弦波形条件下,工件表面质量最佳,抛光1h后工件平均表面粗糙度可Ra 110nm下降Ra 7nm以内,最低达到了Ra 3.6nm;这两种条件下的抛光效果均好于不加声波时的普通剪切增稠抛光。
【关键词】：曲面 声波辅助 剪切增稠抛光 材料去除率 表面粗糙度
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.692
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 课题背景与意义12-13
• 1.2 常用曲面抛光方法的研究现状13-17
• 1.2.1 计算机控制表面成形技术13-14
• 1.2.2 气囊抛光技术14-15
• 1.2.3 磁场辅助抛光技术15-16
• 1.2.4 电场辅助抛光技术16-17
• 1.3 剪切增稠抛光技术17-20
• 1.3.1 非牛顿流体的剪切增稠效应17-19
• 1.3.2 剪切增稠抛光方法19-20
• 1.4 声波辅助加工技术20-22
• 1.4.1 超声波加工的原理20-21
• 1.4.2 超声波加工的应用21-22
• 1.5 声波辅助剪切增稠抛光方法的提出22-23
• 1.6 研究内容23-24
• 第2章 声波辅助剪切增稠抛光原理及辅助声波作用24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 声波辅助剪切增稠抛光原理24-25
• 2.3 声波在粘性媒质中的传递25-29
• 2.3.1 声学参量的基本概念25-26
• 2.3.2 理想流体介质中的三个基本方程26-27
• 2.3.3 声波在粘滞媒质中的运动方程27
• 2.3.4 声波的传递特性对抛光液粘度分布的影响27-29
• 2.4 声波参数对剪切增稠抛光液流变特性的影响分析29-32
• 2.4.1 声波频率的影响29-30
• 2.4.2 声波功率的影响30-31
• 2.4.3 声波波形的影响31-32
• 2.5 声波作用方向对抛光效果的影响分析32-36
• 2.5.1 声波作用方向垂直于工件加工表面的情况33-34
• 2.5.2 声波作用方向平行于工件加工表面的情况34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 声波辅助剪切增稠抛光实验平台的建立37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 声波辅助剪切增稠抛光实验平台的组成37-39
• 3.3 声波辅助剪切增稠抛光实验平台中多轴联动装置的研制39-41
• 3.3.1 多轴联动装置的开发39-40
• 3.3.2 多轴联动装置控制系统的开发40-41
• 3.4 声波辅助剪切增稠抛光实验平台中声波发生装置的研制41-43
• 3.5 声波发生装置的频率振幅测试43-49
• 3.5.1 频率振幅信号采集系统工作流程43-44
• 3.5.2 频率振幅信号采集装置的研制44-46
• 3.5.3 声波发生装置频率振幅数据采集与分析46-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第4章 声波辅助剪切增稠抛光材料去除机理分析51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 声波辅助剪切增稠抛光过程中工件加工表面受力分析51-56
• 4.2.1 工件加工表面作用力的分析51-53
• 4.2.2 雷诺数对阻力因数的影响53
• 4.2.3 剪切增稠抛光液对工件加工表面压强阻力的分析53-55
• 4.2.4 剪切增稠抛光液对工件加工表面摩擦阻力分析55-56
• 4.2.5 剪切增稠抛光液对工件加工表面的总作用力56
• 4.3 声波辅助剪切增稠抛光的材料去除预测模型56-60
• 4.3.1 材料去除预测模型的建立56-57
• 4.3.2 材料去除预测模型的验证57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 声波辅助剪切增稠抛光加工实验61-74
• 5.1 引言61
• 5.2 声波辅助剪切增稠抛光加工实验条件61-62
• 5.3 抛光工艺参数对抛光效果的影响62-64
• 5.3.1 声波频率对抛光效果的影响分析62-63
• 5.3.2 声波功率对抛光效果的影响分析63
• 5.3.3 声波波形对抛光效果的影响分析63-64
• 5.4 抛光工艺参数的影响程度分析及优化64-73
• 5.4.1 优化实验设计64-65
• 5.4.2 优化实验分析方法65-66
• 5.4.3 实验结果与分析66-71
• 5.4.4 声波辅助剪切增稠抛光的优化实验71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第6章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 创新点75
• 6.3 展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果81-82

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本文编号：1062982