磁射流抛光加工机理与实验研究
发布时间：2023-04-25 05:03
磁射流抛光是一种用于光学加工的子孔径抛光技术,是一种高精度、稳定的抛光方法。其特殊的加工原理,使得其综合了磁流变抛光与水射流抛光的优势。在对小口径或高陡度深腔形零件的抛光和修整面形的应用中具有极大的潜力和优势。然而,由于涉及磁学、流体力学、材料磨削力学等多学科知识,对磁射流抛光的加工机理研究缺乏系统性,实验研究也欠充分。因此,本文设计并制造了一种磁射流抛光装置,新装置具有更好的循环和搅拌模式,其集成到六自由度机械臂上,能够更加灵活有效地进行复杂曲面抛光,并且利用Maxwell软件对螺线管进行了有限元分析,证明了磁场装置对磁射流的聚束作用。通过对磁射流抛光的动力学理论的研究,并利用Fluent有限元仿真软件对垂直入射、斜入射和边缘效应等情况进行了研究,研究流体速度和工件所受压力的分布特征,并基于Preston方程建立了仿真去除函数模型。之后,针对实验中去除函数的各种影响因素(磁场、流速、磨料种类和浓度、工件材料、入射角度等)进行了详细的研究和分析。验证了磁射流抛光设备的精确性和稳定性,并证明了磁射流去除函数对时间具有很好的线性度。对不同形状的去除函数进行了分析,包括高斯形去除函数的产生条...
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 相关光学加工技术研究现状
1.2.1 CCOS加工技术
1.2.2 MRF抛光技术
1.2.3 磨料水射流抛光技术
1.3 磁射流抛光技术应用进展
1.4 本论文的主要研究内容
第2章 磁射流抛光装置
2.1 本章概述
2.2 循环搅拌系统
2.2.1 磁射流搅拌回收装置
2.2.2 磁射流供给装置
2.2.3 磁射流液粘度控制装置
2.3 动力装置
2.4 磁场发生系统
2.4.1 磁射流液聚束机理
2.4.2 磁场发生装置
2.5 工件运动系统及运动空间标定
2.6 本章小结
第3章 磁射流抛光材料去除机理分析
3.1 本章概述
3.2 磁射流流动过程分析
3.3 磁射流冲击工件过程的CFD仿真计算设置
3.3.1 网格划分及边界条件的设置
3.3.2 模型选择及数值方法
3.3.3 数值模拟结果分析
3.3.4 力学仿真分析
3.3.5 斜入射状态CFD仿真
3.4 去除函数模型
3.5 边缘效应分析
3.6 本章小结
第4章 工艺参数对去除函数的影响
4.1 本章概述
4.2 实验条件
4.3 工作参数对去除函数的影响
4.3.1 磁场强度的影响
4.3.2 去除随抛光时间线性实验分析
4.3.3 抛光液成分的影响
4.3.4 射流液稳定性
4.3.5 射流速度对去除函数的影响
4.3.6 射流液入射角度的影响
4.3.7 扰动对去除函数的影响
4.4 被加工工件材料对去除函数影响
4.4.1 BK7玻璃与熔石英玻璃
4.4.2 导磁材料加工分析
4.5 本章小结
第5章 粗糙度演化机理
5.1 本章概述
5.2 粗糙度分布模型的影响因素
5.2.1 流体与工件作用区域的划分
5.2.2 正压力对粗糙度变化的影响
5.2.3 剪切作用对粗糙度变化的影响
5.3 粗糙度分布随时间的演化模型
5.4 粗糙度分布模型的修正
5.5 粗糙度分布模型验证实验及结果分析
5.5.1 实验条件
5.5.2 粗糙度的时间演化特征
5.5.3 粗糙度的空间分布特征
5.6 粗糙度分布模型讨论
5.6.1 模型在空域和时域内的讨论
5.6.2 初始粗糙度对粗糙度模型的影响
5.7 抛光后产生的微观褶皱表面
5.8 模具抛光的粗糙度研究
5.8.1 磁射流抛光模具可行性分析
5.8.2 不同磨料参数抛光模具对粗糙度的影响
5.9 本章小结
第6章 光学表面面形误差修正
6.1 本章概述
6.2 SBB和自适应正则化方法求解驻留时间
6.3 轨迹规划
6.4 光学表面面形修正实验
6.4.1 生成彗差面形实验
6.4.2 面形残差修正实验
6.5 高陡度曲面抛光
6.5.1 高陡度工件外表面检测方法
6.5.2 旋转曲面抛光分析
6.5.3 抛光球面流体动力学仿真
6.6 本章小节
第7章 总结和展望
7.1 全文总结
7.2 研究方向展望
参考文献
在学期间学术成果情况
指导教师及作者简介
致谢
本文编号：3800760
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 相关光学加工技术研究现状
1.2.1 CCOS加工技术
1.2.2 MRF抛光技术
1.2.3 磨料水射流抛光技术
1.3 磁射流抛光技术应用进展
1.4 本论文的主要研究内容
第2章 磁射流抛光装置
2.1 本章概述
2.2 循环搅拌系统
2.2.1 磁射流搅拌回收装置
2.2.2 磁射流供给装置
2.2.3 磁射流液粘度控制装置
2.3 动力装置
2.4 磁场发生系统
2.4.1 磁射流液聚束机理
2.4.2 磁场发生装置
2.5 工件运动系统及运动空间标定
2.6 本章小结
第3章 磁射流抛光材料去除机理分析
3.1 本章概述
3.2 磁射流流动过程分析
3.3 磁射流冲击工件过程的CFD仿真计算设置
3.3.1 网格划分及边界条件的设置
3.3.2 模型选择及数值方法
3.3.3 数值模拟结果分析
3.3.4 力学仿真分析
3.3.5 斜入射状态CFD仿真
3.4 去除函数模型
3.5 边缘效应分析
3.6 本章小结
第4章 工艺参数对去除函数的影响
4.1 本章概述
4.2 实验条件
4.3 工作参数对去除函数的影响
4.3.1 磁场强度的影响
4.3.2 去除随抛光时间线性实验分析
4.3.3 抛光液成分的影响
4.3.4 射流液稳定性
4.3.5 射流速度对去除函数的影响
4.3.6 射流液入射角度的影响
4.3.7 扰动对去除函数的影响
4.4 被加工工件材料对去除函数影响
4.4.1 BK7玻璃与熔石英玻璃
4.4.2 导磁材料加工分析
4.5 本章小结
第5章 粗糙度演化机理
5.1 本章概述
5.2 粗糙度分布模型的影响因素
5.2.1 流体与工件作用区域的划分
5.2.2 正压力对粗糙度变化的影响
5.2.3 剪切作用对粗糙度变化的影响
5.3 粗糙度分布随时间的演化模型
5.4 粗糙度分布模型的修正
5.5 粗糙度分布模型验证实验及结果分析
5.5.1 实验条件
5.5.2 粗糙度的时间演化特征
5.5.3 粗糙度的空间分布特征
5.6 粗糙度分布模型讨论
5.6.1 模型在空域和时域内的讨论
5.6.2 初始粗糙度对粗糙度模型的影响
5.7 抛光后产生的微观褶皱表面
5.8 模具抛光的粗糙度研究
5.8.1 磁射流抛光模具可行性分析
5.8.2 不同磨料参数抛光模具对粗糙度的影响
5.9 本章小结
第6章 光学表面面形误差修正
6.1 本章概述
6.2 SBB和自适应正则化方法求解驻留时间
6.3 轨迹规划
6.4 光学表面面形修正实验
6.4.1 生成彗差面形实验
6.4.2 面形残差修正实验
6.5 高陡度曲面抛光
6.5.1 高陡度工件外表面检测方法
6.5.2 旋转曲面抛光分析
6.5.3 抛光球面流体动力学仿真
6.6 本章小节
第7章 总结和展望
7.1 全文总结
7.2 研究方向展望
参考文献
在学期间学术成果情况
指导教师及作者简介
致谢
本文编号：3800760
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