小直径永磁球头磁流变抛光工艺技术研究

摘要

科学的发展日新月异,仪器设备不断改进,小型异型零件的应用越来越多,对其精度质量的要求也越来越高。许多体型小、形状特异的零件在国防军事、航天航空关键设备中担当着核心作用。但是由于这些零件体型小、形状特异,所以常缺少可以实现其加工精度要求的有效加工手段。特别是抛光环节,很多特殊零件仍只能采用手工抛光。这种传统的加工手法严重依赖于工人的技能,加工效率低、成品率低、加工质量不稳定。
　　本文针对小型异型零件的加工特殊要求,结合磁流变抛光工艺开发了小直径永磁球头磁流变抛光工艺,设计小直径抛光头,对抛光头磁场进行分析,从理论上计算磁流变液中磁敏颗粒在抛光头附近的受力情况,证明抛光头表面可形成稳定的“柔性抛光模”。采用浸没定点抛光法进行加工能力初期实验,实验证明在工艺未优化的情况下,采用该抛光方法对熔石英平板进行加工,峰值去除效率达3.3μm/min,同时获得表面粗糙度Ra<10nm的优质镜面。
　　结合滑动轴承脂润滑流体动力学分析方法,建立小直径永磁球头磁流变抛光区的三维流体润滑数学模型。采用二维有限差分、松弛迭代等数值分析方法求解Reynolds方程,通过迭代法求取抛光区流体动压力,进而求得工件表面受到的剪切应力。分析工件表面所受正压力、剪切应力对材料去除率的影响,发现材料去除率与剪切应力有着明显的正相关关系,而与正压力无明显关系,证明小直径永磁磁流变抛光的材料去除是以剪切作用为主,提出采用剪切应力与抛光相对速度建立材料去除数学模型的方法。
　　从平面加工和回转件加工两方面对加工工艺参数进行单因素研究,分析抛光因素对材料去除率的影响作用。通过正交试验研究各加工因素的主次关系,并给出工艺优化方案。对K9玻璃棒镜进行加工使其表面粗糙度改善至0.15nm左右。对1.5×1.5mm2石英平板进行100min抛光,使其表面粗糙度由Ra97nm改善至Ra0.612nm左右。对不锈钢薄片内凹面进行一轮抛光,使其表面粗糙度由Ra0.2311μm改善至Ra20nm左右。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及意义

1.2 磁流变抛光研究现状

1.3 本课题的研究内容

第2章 小直径磁流变抛光头的研制和抛光模成形分析

2.1 小直径磁流变抛光头设计与循环系统搭建

2.2 抛光模成型分析

2.3 抛光头的加工能力实验

2.4 本章小结

第3章 小直径永磁球头磁流变抛光机理及其数学模型

3.1 磁流变抛光去除机理

3.2 Bingham介质流体润滑理论

3.3 抛光区的三维流体动力学分析

3.4 小球头抛光数学模型与抛光机理

3.5 本章小结

第4章 小直径永磁球头磁流变抛光工艺实验研究

4.1 实验设备与检测仪器

4.2 工艺参数对小直径永磁球头抛光的影响

4.3 小直径永磁球头磁流变抛光加工能力实验

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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