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。     

紫外光催化辅助SiC抛光过程中化学反应速率的影响

目的为了探究紫外光催化辅助抛光过程中,化学反应速率对SiC化学机械抛光的影响规律。方法通过无光照、光照抛光盘和光照抛光液3种光照方式,研究紫外光催化辅助作用对单晶SiC抛光过程中材料去除率的影响。测量不同条件下光催化反应过程中的氧化还原电位(ORP)值,来表征光催化反应速率,并进行了单晶SiC的紫外光催化辅助抛光实验,考察光催化反应速率对抛光效果的影响规律。结果实验表明,引入紫外光催化辅助作用后,材料去除率提高14%～20%,随着材料去除率的增加,光催化辅助作用对材料去除率的影响程度变小。光照射抛光液方式的材料去除率明显高于光照射抛光盘。不同条件下的抛光结果显示,化学反应速率越快,溶液的ORP值越高,材料去除率越大,表面粗糙度越低。在光照抛光液、H_2O_2体积分数4.5%、TiO_2质量浓度4 g/L、光照强度1500 mW/cm~2、pH=11的条件下,用W0.2的金刚石磨料对SiC抛光120 min后,能够获得表面粗糙度Ra=0.269 nm的光滑表面。结论在单晶SiC的紫外光催化辅助抛光过程中,光催化反应速率越快,溶液ORP值越高,抛光效率越高,表面质量越好。在H_2O_2浓度、TiO_2浓度、光照强度、pH等4个因素中,对抛光效果影响最大的是H_2O_2浓度,光照强度主要影响光催化反应达到稳定的时间。     

刀具表面状态对电工钢板剪切断面完整性的影响

目的研究电工钢板材精密剪切加工过程中,刀具表面粗糙度与润滑条件对剪切断面完整性的影响。方法使用不同表面粗糙度的刀具,分别在干切和润滑下对0.5mm厚的无取向电工钢进行剪切加工实验,使用MahrXT20粗糙度轮廓仪检测刀具表面粗糙度,使用Kistler三向测力仪测量剪切过程中的三向力,使用Keyence超景深显微镜检测断面形貌和截面轮廓,使用维氏显微硬度计测试剪切边缘硬度分布,使用有限元方法计算刀具表面粗糙度和润滑油膜对刀具-工件表面接触面积和摩擦力的影响。结果干切条件下,刀具表面粗糙度Rα值越大,剪切力越大,剪切边缘加工硬化越大,剪切断面完整性越差。润滑条件下,随刀具表面粗糙度Rα值的增加,剪切断面完整性先变好后变差,且加工硬化与剪切力都呈现出先减小后增加的趋势。刀具表面粗糙度Rα值较小或较大时,加注润滑剂难以改善加工效果,甚至产生负面影响。板材与刀具接触界面润滑条件下,刀具表面粗糙度Rα=0.2μm时有最优加工效果,相对干切条件,其光亮带高度和表面完整性分别增加16.9%和4.3%,塌角高度、硬化层相对深度以及F_y和F_z分别减少15.4%、28.1%、26.9%和7.1%。结论刀具表面粗糙度Rα增大,工件材料的附加微观变形增大,造成剪切断面完整性恶化;当刀具表面粗糙度合适时,添加润滑剂,可以在接触界面形成连续油膜,显著减少刀具与板材间固体接触面积和摩擦力,提高剪切断面完整性。工业生产中,刀具会逐渐磨损,导致表面粗糙度增大,故必须关注刀具表面粗糙度对剪切断面完整性的影响,并注重与润滑油的配合。     

汽车发动机压装机健康监测系统开发

针对汽车发动机压装过程中压装机工作状态缺乏有效监测的情况,使用C++语言开发一套汽车发动机压装机健康监测系统软件。此系统软件中采用频谱分析、功率谱估计和模态分析等方法对采集到的振动信号进行分析,得到振动信号的幅值谱、功率谱和模态参数列表,实现对压装机工作状态和结构特性的监测。在减速箱实验平台上对系统进行测试,结果显示:此系统能监测减速箱的振动状况,能准确辨别典型故障的频率成分。     

磁流变微结构动压平面抛光试验研究

为提高集群磁流变平面抛光效率,在抛光盘表面增加微结构,以增强加工过程中的流体动压作用。使用平面抛光盘和表面加工有孔洞、V形槽、U形槽、矩形槽等不同微结构的抛光盘进行抛光试验及抛光压力特性试验,研究了加工间隙和工件转速对加工效果的影响。结果表明:抛光盘表面微结构对工件材料去除率影响较大,不同微结构盘材料去除率从大到小顺序为V形盘>U形盘>平面盘>孔洞盘>矩形盘,其中V形盘的材料去除率比平面盘高25%以上;所有抛光盘均能获得纳米级（R_a在8 nm以内）表面。当加工间隙为0.9~1.0 mm、工件转速为550 r/min时,加工效果较好。      

剪切间隙对不锈钢板材分切断面质量的影响

通过斜刃横剪分切加工实验,研究了剪切间隙对304不锈钢板材分切断面形貌特征、加工硬化及剪切力的影响.结果 表明,剪切间隙直接影响了分切断面特征和加工硬化程度,随着剪切间隙的增大,分切断面平整性变差,塌角增大,剪切带高度先增大后减小,在相对剪切间隙为4％时能得到较好的分切断面质量;分切断面边缘最大硬度先增大后减小,硬化层深度不断增大.分切断面形貌与加工硬化密切相关,沿板材剪切方向的硬度值先增大后减小,在剪切带与断裂带交界处附近加工硬化最大.剪切力的变化趋势反映了剪切间隙的影响,在间隙过小或过大时,板材易产生裂纹而提早发生断裂,刃口附近板材变形程度减小,使剪切带高度、加工硬化程度及Z方向剪切力减小.     

陶瓷结合剂研磨盘制备及研磨蓝宝石性能研究

为提高蓝宝石基片的研磨效率和质量,研制2种不同硬度的陶瓷结合剂固结金刚石研磨丸片并制作了相应的研磨盘,对蓝宝石基片进行研磨工艺试验以评估其研磨性能。结果表明:研磨时间延长,蓝宝石的材料去除率(R_MRR)和表面粗糙度(R_a)均逐渐降低最后趋于稳定;研磨盘转速提高,2种研磨盘获得的工件材料去除率均先升高后降低,在研磨盘转速为60 r/min时达到最高,分别为1.81 μm/min和1.27 μm/min,但工件表面粗糙度则持续降低;研磨压力增大,2种研磨盘获得的工件材料去除率持续升高,在研磨压力为34.5 kPa时达到最高,分别为2.03 μm/min和1.49 μm/min,且此时的蓝宝石基片表面粗糙度最低分别为0.165 μm和0.141 μm。对比2种硬度的研磨盘磨损性能可以发现,研磨盘的硬度越高,其材料去除效率越高,研磨盘磨耗比越高,但研磨后的工件表面粗糙度相对较高。      

磁流变效应即效微磨头平面抛光研究

利用磁流变效应即效微磨头对光学玻璃进行了抛光试验,研究了磁感应强度、加工间隙、工具转速、加工时间等参数对工件表面粗糙度值的影响.研究发现,磁感应强度、加工间隙、工具转速等对抛光质量的影响规律相似,都是随着参数值的增大,表面粗糙度呈现先减小、后增大的趋势;但加工时间的影响略有不同,随着加工时间的延长,表面粗糙度迅速下降,然后趋于稳定.研究结果表明,合适的参数选择是提高磁流变效应即效微磨头抛光质量的关键.     

磨料对磁流变工作液性能及加工效果的影响

本文研究了磁流变工作液中添加磨料种类、含量、粒度对其性能的影响,以及对磁流变效应微砂轮加工效果的影响。结果表明:添加磨料对磁流变效应的影响程度以氧化铈、碳化硅、金刚石、氧化铝的顺序增大,随着添加磨料含量增加、粒度增大,磁流变效应均被削弱。磁流变效应微砂轮加工微沟槽过程中,添加磨料对微砂轮加工性能的影响受到添加磨料对磁流变效应和磁流变效应微砂轮加工性能正反两方面的影响而出现最优加工效果。当磨料含量为3%时沟槽的宽度、深度和材料去除率都达到最大;当磨料粒度为W3.5时,加工沟槽的宽度最大;当磨料粒度为W7时,加工沟槽的深度和材料去除率最大。