基于高压静电喷雾的金刚石磨粒均匀分布特性研究

发布时间：2023-12-04 19:19

　　当前,以光学玻璃、碳化硅、结晶硅等为原材料的光学元器件得到了广泛应用。在光学元件及其模具的制造中,为了得到理想的表面质量,利用微细砂轮对其进行精密磨削是最为可靠的手段。而传统的微细砂轮中存在的一个普遍问题是磨粒排布无规律,磨粒聚集现象较多,导致磨削表面质量不均匀。本文提出采用静电喷雾的方式喷射金刚石磨粒以获得均匀分布的金刚石磨粒,提高砂轮磨削表面质量。本文对磨粒静电喷雾的原理及实验进行了探讨,主要研究内容包括以下几点:(1)从带电液滴的破碎、液滴的运动受力、和静电雾化过程等方面揭示了金刚石磨粒在静电场中的分布机理。用Maxwell软件对喷嘴电极和环状电极间的电场进行了仿真,分析了针-环电极的电场分布特性及电场强度随电极电压、电极间距、环状电极直径、喷嘴电极直径的变化情况。(2)设计并搭建了金刚石磨粒喷雾装置,解决了装置射流偏向的问题。在吐温80和煤油体积比3:1的条件下制备了稳定分散的金刚石磨粒悬浮液,其在静置6h后仍保持着较好的稳定性,分析了悬浮液成分、磨粒浓度及磨料粒径对悬浮液稳定性的影响。用分布均匀度、分布密度、分布范围三个指标对金刚石磨粒的分布情况进行评价,并比较分析了网格法和...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 砂轮磨粒均匀分布的研究状况
    1.3 静电喷雾的研究现状
        1.3.1 国内外研究现状
        1.3.2 实验测量手段
        1.3.3 静电喷雾的应用研究
    1.4 问题提出及解决方案
    1.5 论文研究目的与内容
        1.5.1 论文研究目的
        1.5.2 论文研究内容及章节安排
    1.6 本章小结
第2章 金刚石磨粒静电喷雾机理
    2.1 金刚石磨粒静电喷雾过程
    2.2 静电喷雾的基本理论
        2.2.1 静电喷雾模式
        2.2.2 电极放电方式
        2.2.3 电极充电方式
        2.2.4 泰勒锥的形成
    2.3 静电喷雾的雾化区域
        2.3.1 射流区
        2.3.2 波纹区
        2.3.3 雾滴区
    2.4 颗粒与液滴的耦合关系
    2.5 静电喷雾液滴的运动受力分析
    2.6 针-环电极空间电场强度仿真
        2.6.1 Maxwell仿真流程
        2.6.2 针-环电极电场分布特性
        2.6.3 电极电压对电场强度的影响
        2.6.4 电极间距对电场强度的影响
        2.6.5 环状电极对电场强度的影响
        2.6.6 喷嘴电极直径对电场强度的影响
    2.7 本章小结
第3章 实验装置搭建及验证
    3.1 实验装置的设计
        3.1.1 整体装置的组成
        3.1.2 喷嘴电极
        3.1.3 环状电极
        3.1.4 微量注射泵
        3.1.5 高压静电发生器
        3.1.6 实验平台的搭建
    3.2 实验材料的选取及准备
        3.2.1 磨粒材料
        3.2.2 分散剂
    3.3 检测仪器
    3.4 验证实验
        3.4.1 三种不同模式的静电喷雾实验
        3.4.2 不同电压下的喷雾形状
        3.4.3 喷嘴堵塞问题
        3.4.4 液体射流偏向问题
        3.4.5 液体分层现象
    3.5 金刚石磨粒喷射验证实验
        3.5.1 电极电压对金刚石磨粒分布的影响
        3.5.2 喷射时间对金刚石磨粒分布的影响
        3.5.3 金刚石磨粒浓度对金刚石磨粒分布的影响
    3.6 本章小结
第4章 金刚石磨粒静电喷雾实验研究
    4.1 金刚石磨粒悬浮液的制备
        4.1.1 悬浮液成分的选取
        4.1.2 悬浮液成分配比对稳定性的影响
        4.1.3 金刚石磨粒颗粒浓度对悬浮液稳定性的影响
        4.1.4 金刚石磨粒粒径对悬浮液稳定性的影响
    4.2 金刚石磨粒分布的评价方法及图像处理过程
        4.2.1 网格法
        4.2.2 截距法
        4.2.3 金刚石磨粒分布密度的评价
        4.2.4 金刚石磨粒分布范围的评价
        4.2.5 不同网格划分下金刚石磨粒分布均匀性
        4.2.6 截距法分析磨粒分布均匀性
        4.2.7 金刚石磨粒计数的图像处理过程
    4.3 不同参数对金刚石磨粒分布特性的影响
        4.3.1 不同电极电压对金刚石磨粒分布特性的影响
        4.3.2 不同液体流量对金刚石磨粒分布特性的影响
        4.3.3 不同接收距离对金刚石磨粒分布特性的影响
        4.3.4 不同范围内金刚石磨粒的分布特性
        4.3.5 不同喷射时间内金刚石磨粒分布
        4.3.6 不同磨粒粒径对金刚石磨粒分布特性的影响
    4.4 单个液滴包含金刚石磨粒数目
        4.4.1 不同电压和流量的影响
        4.4.2 不同接收距离和流量的影响
    4.5 磨粒层薄片的制备
    4.6 本章小结
结论与展望
参考文献
附录B 在学期间取得的学术成果
致谢



本文编号：3870552