鲨鱼皮减阻微沟槽滚压复制技术基础研究

发布时间：2017-08-27 01:33

  本文关键词：鲨鱼皮减阻微沟槽滚压复制技术基础研究

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【摘要】：随着能源危机日益严峻,如何减阻己成为社会发展的迫切需求。鲨鱼皮微沟槽结构具有良好的减阻和自清洁功能,以鲨鱼皮微沟槽结构为原型制造出的仿鲨鱼皮可以实现7%左右的减阻率。但是如何高精度、大面积、高效率的复制真实鲨鱼皮微沟槽结构,仍是尚未解决的难题。针对以上问题,本文主要展开以下研究：首先,以真实鲨鱼皮微沟槽结构为模板进行微热压实验。通过单因素实验分析热压温度、热压压力和热压时间对热压成型质量的影响,确定较优的热压参数。实验结果表明：热压成型的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模板表面微沟槽形貌清晰,轮廓分明。微沟槽中心高度平均值可达32.3 gm,中心槽宽平均值可达1O0μm,相较于鲨鱼皮模板中心高度值减小3.6%,中心槽宽值增大5.2%。其次,将热压后的仿鲨鱼皮PMMA模板进行导电化处理,以处理后的PMMA模板作为阴极进行微电铸实验,优化微电铸工艺参数。实验结果表明：微电铸铜表面的鲨鱼皮微沟槽结构清晰,复制精度较高,微沟槽中心高度值可达31.5 μm。相较于热压模板的微沟槽中心高度减小2.5%,相较于鲨鱼皮模板减小6%,复制精度高于平面热压。然后,以微电铸后的仿鲨鱼皮铜片作为电火花加工的工具电极,在模具钢NAK80表面进行微沟槽结构的复制。实验研究微电铸的阴极电流密度和电火花工艺的回路组合对电极损耗和工件质量的影响,并分析鳞片之间的高度差对加工质量的影响。结果表明：鳞片之间高度差较小时,工件表面微沟槽结构较清晰；当阴极电流密度为3 A/dm2时,工具电极损耗较小,工件表面微沟槽较为清晰；采用PS+NP回路组合工具电极损耗小于SC+GM回路,工件表面质量较好。最后,以热压后的仿鲨鱼皮PMMA模板和电火花加工的NAK80模板作为滚压模具,以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作为滚压材料,研究模具温度、滚压间隙、滚压速度对成型质量的影响。研究表明：在模具温度较低、滚压间隙较小、滚压速度较低的条件下,滚压成型效果较好。研究两种模具滚压成型质量可知,PMMA模板作为模具时滚压成型精度较高,PET表面微沟槽中心高度值最大为25μm,中心槽宽平均值为90μm但模具寿命较短；使用NAK80模具时滚压成型质量相对较低,微沟槽不完整,但模具寿命高,滚压多次后模具表面结构几乎无变形。
【关键词】：鲨鱼皮 微沟槽 仿生 滚压成型
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306;TG661
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 研究背景与意义10-13
• 1.2 国内外研究现状13-24
• 1.2.1 鲨鱼皮复制技术国内外研究现状13-15
• 1.2.2 微结构成型技术国内外研究现状15-21
• 1.2.3 滚压成型技术国内外研究现状21-24
• 1.3 存在的问题24-25
• 1.4 本文主要研究内容25-26
• 2 鲨鱼皮微沟槽微热压实验26-38
• 2.1 鲨鱼皮预处理26-27
• 2.2 实验设备及实验材料27-29
• 2.2.1 实验设备27-29
• 2.2.2 实验材料29
• 2.3 实验方案设计29-31
• 2.4 实验结果与分析31-37
• 2.4.1 温度对成型结果的影响31-33
• 2.4.2 压力对成型结果的影响33-36
• 2.4.3 时间对成型结果的影响36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 鲨鱼皮微沟槽微电铸实验研究38-48
• 3.1 微电铸基本原理38-39
• 3.2 初步微电铸实验设计及实验材料39-40
• 3.2.1 实验设计39-40
• 3.2.2 实验材料40
• 3.3 电铸工艺参数对电铸铜层微观形貌的影响40-43
• 3.3.1 阴极电流密度对电铸层微观形貌的影响40-42
• 3.3.2 正向占空比对电铸层微观形貌的影响42
• 3.3.3 添加剂对电铸层微观形貌的影响42-43
• 3.4 微沟槽电铸实验43-46
• 3.5 实验结果与分析46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 4 鲨鱼皮微沟槽滚压模具电火花加工48-57
• 4.1 电火花加工基本原理48-49
• 4.2 电火花加工微沟槽实验过程49-50
• 4.3 电火花加工出现的问题及解决办法50-52
• 4.3.1 工具电极与工作台面产生火花放电50-51
• 4.3.2 工件表面微沟槽结构不连续51-52
• 4.4 微电铸工艺中阴极电流密度对电火花加工精度的影响52-54
• 4.4.1 阴极电流密度对工具电极损耗的影响53
• 4.4.2 阴极电流密度对工件表面形貌的影响53-54
• 4.5 不同回路组合对电火花加工质量的影响54-55
• 4.6 实验结果与分析55-56
• 4.7 本章小结56-57
• 5 鲨鱼皮微沟槽滚压成型实验研究57-71
• 5.1 实验方案57-58
• 5.2 实验设备和实验材料58-59
• 5.2.1 实验设备58-59
• 5.2.2 实验材料59
• 5.3 滚压成型工艺59-60
• 5.4 实验过程60-61
• 5.5 实验结果与分析61-70
• 5.5.1 模具温度对成型精度的影响61-63
• 5.5.2 滚压压力对成型精度的影响63-65
• 5.5.3 滚压速度对成型精度的影响65-67
• 5.5.4 两种模具成型结果的对比67-70
• 5.6 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 何广敏,赵万生,董衍善,李晓冰;电火花加工几何精度的影响因素分析及其实验研究[J];哈尔滨工业大学学报;2000年04期

2 邵静静;蔺存国;张金伟;张桂玲;;鲨鱼皮仿生防污研究[J];涂料工业;2008年10期

3 Todor Ivanov;Andreas Bührig-Polaczek;Uwe Vroomen;刘金城;;具有鲨鱼皮微观结构表面的铝合金件的铸造及应用[J];铸造;2011年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 尉元杰;温度压力作用下塑料流动对微通道成形影响的研究[D];大连理工大学;2006年

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本文编号：743758