基于力流变原理的确定性抛光材料去除函数研究

发布时间：2020-08-28 14:49

　　力流变抛光是利用抛光液特有的剪切增稠特性对工件表面材料进行抛光去除。确定性抛光主要指通过控制去除函数和驻留时间来实现对工件表面材料的定量去除,其重点在对加工工件形状精度的控制。去除函数的建立对去除量和去除的分布规律有着重要作用,是确定性去除抛光的关键之一。因此,本文将对力流变确定性抛光的去除函数进行研究,建立了力流变确定性抛光的实验平台,分析了抛光液的流变特性和确定性抛光原理,结合计算流体动力学和具体实验,揭示了力流变确定性抛光去除函数的分布规律和建立方法。具体的研究内容如下:搭建了力流变确定性抛光实验平台,该实验平台包括测力平台、四轴联动装置、工件夹具、力流变抛光液循环冷却系统以及粘度控制系统,开发多轴联动机构,驱动主轴最高转速3000 rpm,抛光槽最高速度400 rpm。对确定性抛光头进行设计,根据抛光液的特性,选取楔形槽抛光头进行确定性去除抛光。研究了力流变抛光液的流变特性,探究了不同分散相浓度和粒径大小对抛光基液流变特性的影响,又进一步探究了不同磨料种类,不同磨料粒径和不同磨料浓度对抛光液流变特性的影响。研究表明抛光液的流变特性大致分为三个区域,剪切变稀,剪切增稠,剪切变稀。经过不同参数变量的实验,选出剪切增稠区域最适合抛光的配比:PHHP粒径为13μm,质量分数52.5%,磨粒粒径3000#,磨粒浓度10 wt%。研究了力流变确定性抛光的有限元仿真,为了得到力流变抛光液仿真模型中粘度曲线的设置,首先对更常规更容易验证的力流变圆柱绕流抛光进行流体仿真,然后用得到的抛光液的设置参数,对确定性抛光中抛光液的参数进行设置。仿真结果表明,抛光头的形状对压力场和速度场的分布有很大影响,以压力场和速度场分布的高斯均匀度为评价指标,楔形(槽数12,槽深3 mm)的抛光头呈现较好的高斯分布,并对峰值压力进行实验验证,得到仿真压力的修正系数。建立了力流变确定性抛光的去除函数,首先根据经典Preston方程,结合力流变确定性抛光的特点,建立去除函数的基本方程;然后运用仿真得到的压力场和速度场的结果,拟合出具体的去除函数的数学式;最后,结合实验结果,得到仿真修正系数,和抛光液浓度修正系数,得到去除函数呈现较好的高斯分布;运用方差分析,得到主要参数对去除率的影响分别为抛光头转速(34.38%),抛光间隙(33.45%),抛光液浓度(32.17%)。对力流变确定性抛光的去除函数和稳定性进行实验验证研究,分别在不同抛光参数下进行抛光实验,将得到的实验结果与建立的去除函数的理论值进行对比,两者的截面轮廓基本一致,在轮廓上分布取10个点,运用最小二乘法得到误差在7%以内。为了探究力流变确定性抛光的稳定性,通过直线轨迹的抛光实验,力流变确定性抛光具有较高的稳定性。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O37;TB306
【部分图文】：

磁流变,加工原理

基于力流变原理的确定性抛光材料去除函数研究光光（Magnetorheological finishing, MRF）是由白俄罗斯学者究提出，随后美国罗彻斯特大学的 Jacobs 与 Golini 等和 KoF 的理论，1994 年他们制造了世界上的第一台 MRF 样机。变液（或称 MR 液）对工件进行抛光，通过对外部磁场的流变特性[33]。如图 1-2 所示，由循环装置提供的磁流变液上，在抛光轮的带动下，对工件表面进行加工[34]。在抛光轮的转速、磁场强弱、驻留时间和抛光间隙等参数可以实实性去除[35-37]。流变液的配制十分的复杂，且其性质容易受到温度、粘度响，这些因素会对去除函数的分布以及大小产生重要的影精度与效率[38]。同时，其加工所需要的磁流变辅助设备也都在一定程度上制约了磁流变抛光在工业上的应用[39]。

抛光技术,气囊

图 1-3 气囊抛光技术[40]Figure 1-3. Gasbag polishing technology的抛光技术相比具有无工具磨损、无热影光常用于抛光光学硬脆材料，例如光学玻喷嘴形状、射流方向和液体压力均对材料如图 1-4 所示，目前水射流抛光理论还不团聚、喷嘴堵塞等现象[49]。另外，大部分行研究，而通过射流抛光改善曲面面型的

示意图,抛光机,射流,示意图

图 1-3 气囊抛光技术[40]Figure 1-3. Gasbag polishing technology光光与传统的抛光技术相比具有无工具磨损、无热影响、加]。射流抛光常用于抛光光学硬脆材料，例如光学玻璃、石的靶距、喷嘴形状、射流方向和液体压力均对材料去除有床示意图如图 1-4 所示，目前水射流抛光理论还不是很成熟例如磨料团聚、喷嘴堵塞等现象[49]。另外，大部分文献主粗糙度进行研究，而通过射流抛光改善曲面面型的研究至

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