冲击角度对射流抛光中材料去除的影响

射流抛光技术能够获得原子级粗糙度和无损伤表面,已成为最具发展潜力的超光滑表面加工技术之一,而冲击角度是影响抛光效果的一个重要参数。利用自主研制的射流抛光实验机,通过定点冲击实验,研究不同冲击角度下的被加工表面材料去除形貌及去除量。实验结果表明,随着冲击角度的减小,材料去除形状愈发不对称,材料去除率逐渐降低,而最大去除深度出现非单调变化。结合冲击射流流场分布和颗粒碰撞角度的变化,分析冲击角度对材料去除特性的影响机制,发现射流冲击角度对材料去除的影响主要归因于射流中颗粒碰撞角度及颗粒碰撞次数的变化;颗粒碰撞角度越大,碰撞次数越多,则材料去除量越大;两者的综合作用影响着材料去除量及材料去除分布。     

确定性磁射流抛光技术

介绍一种新型的磁场辅助稳定射流的确定性精密抛光技术--磁射流抛光技术.磁射流抛光利用局部外加轴向磁场固化含有磨料的磁流变液射流束,产生准直的硬化射流束进行相对远距离的确定性精密抛光.介绍该工艺的工作原理,其次定性分析了聚束射流形成的原因,通过一系列试验验证了该工艺精密抛光深凹表面的可行性,还进行磁射流去除波纹度的试验研究,基于计算机控制光学表面成形技术进行去除函数的优化计算.试验结果表明磁射流集束性好,对于抛光距离不敏感,因此在高陡度的凹形光学零件和内腔等复杂形面的确定性精密抛光中具有潜在的独特优势.     

磨料液体射流抛光技术研究进展

论述了磨料液体射流抛光过程中的材料去除机理,介绍了磨料液体射流加工系统平台的国内外研究成果。从速度变化、材料去除、表面演化、表面粗糙度、数值模拟五个方面阐述了磨料液体射流数学模型的构建状况。系统分析了主要工艺参数如磨粒动能、射流压力、磨料、喷射角度、喷射距离、添加剂对加工结果的影响规律,并总结了磨料液体射流抛光技术发展历程。最后针对其将来的研究方向与内容给出了进一步的建议与展望。     

磨料射流抛光中各工艺参数对材料去除率及抛光区形貌的影响

介绍了磨料射流抛光的工作原理,并从试验出发,针对射流抛光技术的主要工艺参数(入射角度、射流速度、入射距离、抛光液浓度和工作时间等)对抛光特性的影响进行了试验研究.分析了各工艺参数与抛光效率和抛光点形貌的影响关系,从而获得了最佳工艺参数.在此基础上,对一平面K9光学玻璃进行了抛光试验,抛光速率约为30nm/min,抛光区粗糙度小于2.5nm.研究结果为磨料射流抛光加工的进一步研究提供了一定的帮助.     

基于流变原理的柔性接触抛光材料去除模型综述

基于流变原理的柔性接触抛光是通过辅助场控制智能材料转变相态形成柔性抛光头进行加工的一类抛光,能够满足复杂形面零件所需的高形状精度和高表面完整性要求。材料去除函数能直观地反应抛光后工件表面轮廓,是实现工件材料确定性去除的关键。对当前具有代表性的柔性接触抛光方法如磁流变抛光、电流变抛光、磁射流抛光、剪切增稠抛光进行综述,阐述了基于不同理论建立的材料去除模型,分析了各个模型的主要影响参数,比较了各个模型的特点。对柔性接触抛光方法及其材料去除模型研究趋势进行预测。     

磁射流抛光技术研究

磁射流抛光技术是一种新型的确定性精密抛光方法.磁射流抛光利用局部外加轴向磁场固化含有磨料的磁流变液射流,产生准直的硬化射流束进行相对远距离的确定性精密抛光.介绍了该工艺的工作原理,聚束射流形成的理论分析,并通过一系列实验验证了该工艺的优势.实验结果表明磁射流集束性好,对于抛光距离不敏感,因此在高陡度的凹形光学零件和内腔等复杂形面的确定性精密抛光中具有潜在的独特优势.     

超声波磁流变复合抛光中几种工艺参数对材料去除率的影响

提出了一种光学抛光的新方法——超声波磁流变复合抛光。介绍了该抛光方法的基本原理和实验装置,进行了超声波磁流变复合抛光实验,采用轮廓仪实测了光学玻璃超声波磁流变抛光材料去除轮廓曲线。通过该项工艺实验,研究了五种工艺参数(磁场强度、超声振幅、抛光工具头与工件的间隙、抛光工具头转速、工件转速)对光学玻璃材料去除率的影响。在一定实验条件下,获得的材料去除率为0.139 μm/min,并获得了超声波磁流变复合抛光工艺参数与材料去除率的关系曲线,得出了光学玻璃超声波磁流变复合抛光的材料去除规律。     

基于修正Preston方程的百页轮抛光材料去除深度建模

由于百页轮具有一定的柔性,故实际材料去除深度与名义抛光深度不一致,直接影响抛光效率及表面质量的控制。基于Hertz弹性接触理论建立了抛光接触区抛光压力和切削速度分布函数,并依据修正的Preston方程建立了材料去除深度模型,据此确定了影响材料去除深度的关键抛光工艺参数(磨粒粒度、主轴转速、百页轮变形量和进给速度),获得了百页轮抛光接触区的材料去除深度分布规律和关键抛光工艺参数对材料去除深度的影响规律。最后,通过模拟仿真和抛光实验验证了所建模型和影响规律的正确性,结果表明,该模型可以较好地预测百页轮柔性抛光的材料去除深度。     

磨料水射流对金属材料去除力和去除模型的研究

磨料水射流抛光技术作为一种新型技术,广泛应用于表面抛光加工作业中,利用含有细小磨料粒子的抛光液在高压作用下,与工件表面发生冲击、冲蚀而去除材料,以达到抛光目的。采用单颗粒磨料粒子使材料产生塑性变形模型来研究磨料水射流对金属材料的去除力,通过对纯水射流冲击材料的作用力和射流中磨料射流对材料的作用力以及接触应力的理论推导,得出磨料射流中轴线上磨料颗粒去除金属材料最大打击力和最大剪应力以及最大拉应力;通过建立伯努利方程,得到射流压力与金属材料的剪切力和拉应力的直接关系,为工程上磨料水射流抛光喷嘴设计和泵压选择提供了理论参考依据。     

超声振动抛光中材料去除原理与力学分析

根据超声振动抛光原理分析了弹塑性材料抛光过程中的材料去除方式;建立了弹塑性材料的材料去除模型,给出了磨粒速度、冲击载荷和工件表面受力变形的数学表达式;分析讨论了抛光过程和抛光参数的影响并用已有实验验证了该模型的合理性。     

立、卧式磁性复合流体抛光对比实验研究

针对磁性复合流体(MCF)抛光的两种抛光头,进行MCF抛光特性对比实验研究。开展了黄铜H26的平面抛光实验,调查立式和卧式抛光头分别对工件材料去除率、表面形貌与粗糙度以及MCF水分损耗等抛光特性的影响。实验结果表明,卧式MCF抛光能够较快地降低表面粗糙度,获得较高的材料去除率,MCF水分损失相对较快;立式MCF抛光能够在相对较长时间内获得稳定的材料去除率和表面粗糙度,MCF水分损失也较为平稳。     

精细雾化抛光TC4钛合金抛光液优化研究*

配制适用于TC4钛合金雾化施液抛光的特种抛光液,通过抛光实验获得纳米级的光滑钛合金表面。研究不同磨料、氧化剂和络合剂含量对钛合金材料去除率和表面粗糙度的影响,通过正交试验优化抛光液组成及配比。优化后的抛光液由质量分数20%的SiO2磨料、0.1%的柠檬酸、1%的聚乙二醇-400、2%的H2O2组成,pH值为4。抛光试验结果表明,优化后抛光液的抛光效果较好,材料去除率及试件表面质量均有所提升,其中材料去除率为549.87nm/min,表面粗糙度为0.678 nm。XPS分析表明,抛光过程中钛合金表层在酸性环境下与H2O2和柠檬酸反应,生成了易于通过机械作用去除的氧化层。     

超声波精细雾化抛光石英玻璃的抛光液研制*

为了配制适用于JGS1光学石英玻璃超声波精细雾化抛光的特种抛光液,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,设计正交试验探究抛光液中各组分含量对雾化抛光效果的影响,并对材料去除机制进行简要分析。结果表明：各因素对材料去除率的影响程度由大到小分别为SiO2、pH值、络合剂、助溶剂和表面活性剂,对表面粗糙度影响程度的顺序为SiO2、表面活性剂、pH值、助溶剂和络合剂;当磨料SiO2质量分数为19%,络合剂柠檬酸质量分数为1.4%,助溶剂碳酸胍质量分数为0.2%,表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮质量分数为0.9%,pH值为11时,雾化抛光效果最好,材料去除率为169.5 nm/min,表面粗糙度为0.73 nm;去除过程中石英玻璃在碱性环境下与抛光液发生化学反应,生成低于本体硬度的软质层,易于通过磨粒机械作用去除。使用该抛光液进行传统化学机械抛光和雾化化学机械抛光,比较两者的抛光效果。结果表明：两者抛光效果接近,但超声雾化方式抛光液用量少,仅为传统抛光方式的1/7。     

工具电极耐磨性和液体组分对电流变加工的影响

实验研究了基于电流变效应即效微型砂轮研抛加工过程中具有不同耐磨性电极材料(淬火钢电极、不锈钢电极、黄铜电极、石墨电极)、不同组分电流变液对玻璃材料去除率的影响,探讨了其作用机理。结果表明:淬火钢和不锈钢锥状电极的加工效率明显高于黄铜和石墨锥状电极,即采用耐磨性好的工具电极材料具有更好的加工效果;沸石粉电流变液的材料去除率高于二氧化硅电流变液的材料去除率。其作用机理是,锥状工具电极材料的耐磨性决定了工具尖端与工件表面之间的加工间隙的保持性,电流变液组分直接影响了电流变效应的强度,从而影响了电流变效应即效微型砂轮对工件表面的研磨压力,形成了不同的材料去除率。     

簧上质量对油气弹簧阀系设计参数的影响

利用开阀压力和流量以及阀片变形之间的关系,分别建立了油气弹簧节流缝隙和单片节流阀片厚度与单轮簧上质量之间的关系式。在此基础上,对单轮簧上质量对阀系设计参数的影响因素进行了分析,求取了单轮簧上质量影响系数。通过实例,分别利用解析设计法与质量影响系数推算设计方法,对油气弹簧阀系参数进行了设计,对参数设计结果进行了比较和校核,并对设计的油气弹簧进行了特性试验。设计和试验结果表明,单轮簧上质量对油气弹簧阀系设计参数有影响,阀系参数的质量影响系数推算设计方法是可靠的。     

基于喷射抛光实验研究结果的异形抛光实验台设计

介绍了标准的液体喷射抛光实验,提出了近壁面附近固液两相流中的颗粒作用导致的流体摩擦剪切去除材料的机制假设,然后通过实验研究了抛光时间、样品表面初始粗糙度、喷头形状、喷射距离、喷射压力和pH值对抛光结果的影响。结果表明,抛光结果随时间趋于稳定并与初始粗糙度无关,圆形喷头比扇形喷头抛光效率高,喷射距离和压力影响一致,pH值越低影响越大。最后基于理论假设和实验结果设计了一个可以用于精密光学制造中异形表面抛光的实验装置。     

A study on the application of newly developed magneto-elastic abrasive to improving the surface roughness of the bore

Spiral polishing mechanism refers to the technology of applying a high-speed turning screw rod in the process of workpiece surface polishing. For the purpose of increasing the machining effect, a powerful ring magnet was installed around the workpiece. In this study, the new self-developed magneto-elastic abrasive would be used to polish the inner wall of the bore, the so-called workpiece surface, under the attraction of the surrounding magnet and the drive of the turning rod. The new magneto-elastic abrasive not only eased the polishing force by its flexibility but also avoided deep scratches on the workpiece surface. The control of machining parameters on surface roughness and material removal were discussed to look for the best combination of the parameters; at the same time, the effects of each parameter on the workpiece surface topography after the polishing were also examined. The results of the experiment indicated that magnetic flux density and magneto-elastic abrasive concentration affected the surface roughness the most. In addition, the newly developed magneto-elastic abrasive significantly improved the polishing effect of the workpiece surface, at the rate of 94 %.     

蓝宝石基片的磁流变化学抛光试验研究

分析了磁流变化学抛光的加工机理,对蓝宝石基片的磁流变化学抛光进行了试验研究。结果表明:磁流变化学抛光可将蓝宝石基片加工到亚纳米级粗糙度的超光滑镜面,材料去除率受化学反应速率和剪切去除作用共同影响,化学反应速率越快,剪切去除作用越强,材料去除率越高;混有硅胶溶液与α-Al2O3磨料的磁流变化学抛光液去除率最高;材料去除率随工作间隙,励磁间隙以及加工时间的增大而减少,随铁粉浓度减少而减少;利用磁流变化学抛光方法加工蓝宝石基片可获得Ra 0.3 nm的超光滑表面。     

A study on the magneto-assisted spiral polishing on the inner wall of the bore with magnetic hot melt adhesive particles (MHMA particles)

The spiral polishing mechanism employed a fast turning screw rod to drive the abrasive for workpiece surface polishing. In this study, the powerful ring magnet installed around the workpiece would attract the self-developed magnetic hot melt adhesive particles (MHMA particles) during the process of polishing, driving the SiC particles against the workpiece, the inner wall of the bore. At the same time, the flexibility of MHMA particles helped improve the surface quality of the bore by preventing the SiC particles from heavily scratching it. The effects of magnetic flux density, size and concentration of SiC particles, concentration of MHMA particles, viscosity of silicone oil, revolution speed of the spindle as well as machining time and machining gap on operation temperature, slurry viscosity, surface roughness, and material removal were discussed and the best parameter combination was identified based on the results of the experiment. The effects of each machining parameter on the finished surface topography of the workpiece were also examined. Both analysis of variance and F-test indicated that magnetic flux density and the concentration of MHMA particles were the two most important variables affecting the surface roughness. In other words, magnetic force helped improve spiral polishing. Furthermore, the results showed that adding new MHMA particles to the slurry greatly improved the surface quality, at a rate of 90 %, and reduced the workpiece surface roughness from 0.9 μm down to 0.094 μm.