磁流变动压复合抛光基本原理及力学特性

目的探究磁流变动压复合抛光基本原理及抛光力学特性。方法通过建立磁流变动压复合抛光过程中流体动压数学模型,分析抛光盘面结构化单元对抛光力学特性的影响规律,并优化其结构。搭建磁流变动压复合抛光测力系统,探究工作间隙、抛光盘转速、工件盘转速和凸轮转速对抛光力的影响规律,基于正交试验,优化抛光效果。结果抛光盘面结构化单元的楔形区利于流体动压效应的产生,且流体动压随楔形角和工作间隙的增大而减少,随楔形区宽度的增大而增大。结构化单元较为合理的几何参数为:楔形角3°~5°,工作间隙0.2~1.0 mm,楔形区宽度15~30 mm。法向力Fn随工作间隙的增大而减小,随工件盘转速的增大而增大,随抛光盘和凸轮转速的增大而先增大后减小;剪切力Ft随工作间隙的增大而减小,随工件盘、抛光盘和凸轮转速的增大均呈现先增大后减小的规律。通过正交试验获得优化工艺参数为:抛光盘转速60 r/min,工件盘转速600 r/min,凸轮转速150 r/min。在羰基铁粉(粒径3μm、质量分数35%)、SiC磨料(粒径3μm、质量分数5%)、工作间隙0.4 mm和磁感应强度0.1 T工况下,抛光2 in单晶硅基片4 h后,表面粗糙度Ra由20.11 nm降至2.36 nm,材料去除率为5.1 mg/h,初始大尺度纹理被显著去除。结论磁流变动压复合抛光通过在抛光盘面增设结构化单元,以引入流体动压效应,强化了抛光力学特性,并利用径向往复运动的动态磁场实现柔性抛光头的更新和整形,最终达到了提高抛光效率和质量的目的。     

筛选抗霜霉病植株方法的发展——离体双重培养

为寻求更有效的方法发现由常规杂交、基因突变和离体基因工程等方法产生的抗霜霉病(P.Viticola)葡萄植株,人们评议过两种方法。本文报道的是病原体和寄主的离体双重培养(in vitro dual culture)。这个概念由Morel提出,他给离体愈伤组织接种葡萄霜霉病菌孢子,并不断继代培养以保存病原菌。下面描述的是用双重培养法筛选抗葡萄霜霉病基因型。     

单晶SiC基片的磁流变化学复合抛光

基于芬顿反应的磁流变化学复合抛光加工原理,对单晶SiC基片进行磁流变化学复合抛光试验,研究工艺参数对其抛光效果的影响。结果表明:随着金刚石磨粒粒径的增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度先减小后增大;随着磨粒质量分数的增大,材料去除率增大,而表面粗糙度先减小后增大;当羰基铁粉质量分数增大时,材料去除率增大,而表面粗糙度呈先减小后增大的趋势;随着氧化剂质量分数增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;加工间隙对材料去除率的影响较大,加工间隙为1.0?mm时,加工表面质量较好;随着工件转速和抛光盘转速增大,材料去除率均先增大后减小,表面粗糙度均先减小后增大。获得的优化的工艺参数为:磨粒粒径,1.0 μm;磨粒质量分数,5%;羰基铁粉质量分数,25%;过氧化氢质量分数,5%;加工间隙,1.0 mm;工件转速,500 r/min;抛光盘转速,20 r/min。采用优化的工艺参数对表面粗糙度约为40.00 nm的单晶SiC进行加工,获得表面粗糙度为0.10 nm以下的光滑表面。      

集群磁流变变间隙动压平坦化加工试验研究

为了提高光电晶片集群磁流变平坦化加工效果,提出集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法,探究各工艺参数对加工效果的影响规律。以蓝宝石晶片为研究对象开展了集群磁流变变间隙动压平坦化加工和集群磁流变抛光对比试验,通过检测加工表面粗糙度、材料去除率,观测加工表面形貌、集群磁流变抛光垫中磁链串受动态挤压前后形态变化,研究挤压幅值、工件盘转速、挤压频率以及最小加工间隙等工艺参数对加工效果的影响规律。试验结果表明：集群磁流变平坦化加工在施加工件轴向微幅低频振动后,集群磁流变抛光垫中形成的磁链串更粗壮,不但使其沿工件的径向流动实现磨粒动态更新、促使加工界面内有效磨粒数增多,而且在工件与抛光盘之间的加工间隙产生动态抛光压力、使磨粒与加工表面划擦过程柔和微量化,形成了提高材料去除效率、降低加工表面粗糙度的机制。对于2英寸蓝宝石晶电（1英寸=2.54 cm）集群磁流变变间隙动压平坦化加工与集群磁流变抛光加工效果相比,材料去除率提高19.5%,表面粗糙度降低了42.96%,在挤压振动频率1 Hz、最小加工间隙1 mm、挤压幅值0.5 mm、工件盘转速500 r/min的工艺参数下进行抛光可获得表面粗糙度为Ra0.45 nm的超光滑表面,材料去除率达到3.28 nm/min。证明了集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法可行有效。     

软性磨粒流加工方法及近壁区域特性

为了解决模具细微结构化表面难以光整加工的问题,提出固 液两相软性磨粒流（SAF）无工具精密加工方法.通过为结构化表面配以约束模块,以构建磨粒流湍流流道,利用软性磨粒流与被加工表面的“无缝”接触特性及壁面效应,实现模具表面的无工具无死角光整加工.以Nikuradse实验方法为理论依据,分析软性磨粒流中固体相在近壁区的运动学和力学特性,得到适用于软性磨粒流加工的摩擦系数公式.采用标准k-ε模型和欧拉多相流模型对软性磨粒流进行数学描述;利用压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,对不同入口速度时流道内的固体相压力分布进行数值分析研究.数值模拟结果表明,软性磨粒流固体相的压力衰减程度与入口速度成反比,并且固体相在流道内的运动轨迹呈无序状态.利用动态分析三维显示系统对流道内的颗粒运动轨迹进行实验研究.结果显示,固体颗粒运动轨迹呈无序漩涡状,符合湍流形态的运动规律.搭建软性磨粒流加工平台并进行加工实验.实验结果表明,采用软性磨粒流的加工方法能够使工件表面粗糙度达到61.8 nm.     

基于剪切应力输运湍流模型的两相磨粒流动力学特性研究

为了解决软性磨粒流加工方法(SAFM)中磨粒流动力学特性难以进行实验的问题,提出一种基于剪切应力输运(SST)湍流模型的数值模拟研究方法。该模型继承了k-ω模型和标准k-ε模型的优点,对近壁区有较高的仿真精度。利用SST湍流模型与流体混合模型相结合的方法,以工程中常见的U形流道作为数值模拟对象,对磨粒流动力学特性进行研究。分析数值模拟结果,得到流道内磨粒流的压力和速度的分布规律：楔形流道内,磨粒流的压力相对于等截面流道明显增大,并且楔形流道内湍流程度一直处于发展状态。设计了颗粒轨迹观测实验平台,基于该平台对流道内颗粒轨迹进行研究发现：虽然流体在壁面处的速度为0,但流体中的颗粒依然对壁面产生碰撞。通过理论与实验研究,揭示了流道内两相磨粒流动力学特性,为软性磨粒流加工提供了理论基础,并提供了约束模块的设计方法。     

流体磨料光整加工理论与技术的发展

20世纪60年代发明的挤压磨料流技术在机械零件去毛刺、抛光等光整加工领域产生了重要的影响,特别是自20世纪80年代引入我国之后,国内的科研人员进行了大量的理论研究与应用实践,不断涌现出新的以流体磨料为工具的光整加工技术。从流体磨料的材料去除机理、加工参数对性能优化的影响及应用中存在的均匀性问题及辅助控制技术三个方面综述流体磨料加工过程中的流动特性、去除机理及加工仿真等理论成果,总结近50年来传统黏弹性挤压磨料流技术及近年来针对于松散低黏度流体磨料的光整加工新技术,分析流体磨料加工的研究手段与方法,为今后进行深入的流体磨料光整加工研究,探索在诸如航空叶轮和叶盘等高性能复杂曲面零件高质量抛光中的应用提供了借鉴的方向。     

软性磨粒流双入口约束流场数值分析及加工试验研究

针对软性磨粒流精密加工中单入口加工装置加工不均匀问题,提出一种基于流体碰撞理论的双入口加工新方法。借助计算流体力学软件,结合剪切输运(Shear stress transport, SST) k-ω湍流模型及Mixture混合模型,分析两种加工装置内磨粒流动力学特性,数值模拟结果显示：单入口加工装置内磨粒流流场固定分布,双入口加工装置内磨粒流流场呈现周期性摆动,提高约束流道内磨粒流流动无序性。加工试验进行35 h后,单入口加工装置加工工件表面粗糙度Ra值分散,工件表面存在严重加工不均匀性;双入口加工装置工件表面各处粗糙度Ra集中且各方向粗糙度值均小于单入口加工装置,表面加工效果均匀。上述研究结果表明：双入口加工装置有效地扰乱约束流道内磨粒流流场,提高磨粒流流动的无序性,改善表面加工质量。     

磁流变弹性体制备及其在精密加工应用研究进展

磁流变弹性体（magnetorheological elastomer,MRE）是一种磁控智能材料，可通过调节外加磁场强度对其机械性能（如刚度、弹性模量、固有频率、阻尼能力等）进行连续、可逆的控制，在振动控制、机械工程、土木工程等领域得到了广泛的研究和应用。将MRE作为一种磨抛工具，利用磁场改变其刚度等性能来控制磨抛过程的机械去除，有望在精密加工领域得到广泛的应用。本文介绍了MRE的制备材料、制备方法和工艺，分析了外场（磁场和温度场）对MRE性能的影响规律，阐述了基于磁偶极子理论和宏观力学的本构模型，为MRE制备研究和实际工程应用提供指导，综述了MRE在精密加工领域的应用状况和未来发展方向。利用MRE的磁控性能变化可以较好地应用于精密加工，具有很好的发展前景。