负压空化磨料水射流抛光机理与实验研究

摘要

当前，以光学玻璃、碳化硅、碳化钨、红外材料等硬脆材料为代表的微小光学件及光学模具的应用日趋广泛，并向高精度、微型化方向发展，其加工表面质量、去除效率要求越来越高。传统的抛光方法由于受到抛光头的限制，很难对微小、异形的工件表面进行抛光，因此自由曲面、微小异形曲面的抛光就成了目前超精密加工领域面临的一个新的难题。基于此，本文提出了负压空化磨料射流抛光，以期能对微小异形工件表面进行超精密抛光并通过负压空化的增强作用来提高抛光加工的效率。本文对负压空化磨料射流抛光的原理及实验进行了探讨，主要研究工作包括以下几个方面：
　　（1）从磨料射流去除和负压空化增强方面揭示了负压空化磨料水射流抛光的去除机理。用Fluent软件对垂直喷射和倾斜喷射的射流流场进行了仿真，通过射流的压力场、速度场、磨料轨迹及磨粒分布对垂直喷射和倾斜喷射的抛光形状进行了预测，对空泡含量在不同环境负压和进口喷射压力下的变化情况进行了仿真。
　　（2）设计并搭建了实验平台并对平台的运转稳定性进行了测试。介绍了抛光实验中磨料的选择，通过实验分析了不同硬度磨料及磨料粒径大小对抛光后表面粗糙度的影响。对影响磨料水射流抛光的几个重要参数进行了实验优化，用优化的工艺参数分别对磨削后的K9玻璃进行了常压和负压空化磨料水射流抛光实验，经过60 min后，常压磨料水射流抛光后表面粗糙度Ra最低可达11 nm，负压磨料水射流抛光后最低可达5 nm，常压和负压磨料水射流抛光后的表面粗糙度较抛光前都有了比较明显的降低，工件表面磨痕去除都十分明显。实验证明了装置及方法的可行性。
　　（3）用三种抛光方式分别对砂纸打磨过的铜工件进行了抛光试验，结果表明在负压空化磨料水射流抛光中磨料射流去除占主体，负压空化起辅助增强作用。对影响负压空化磨料水射流抛光去除率和表面质量的几个重要参数进行了工艺实验，最后用负压空化磨料水射流对K9玻璃进行了抛光，150 min后表面粗糙度Ra最低可达2.5 nm。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景及意义

1.3磨料水射流抛光的研究进展

1.4空化效应的研究进展

1.5论文研究目的与内容

1.6 本章小结

第2章 负压空化射流去除机理及流场仿真

2.1 负压射流基本理论

2.2 射流材料去除机理

2.3 负压空化射流的增强作用

2.4 负压空化磨料水射流流场仿真

2.5本章小结

第3章 实验平台系统搭建及抛光实验

3.1实验平台系统搭建

3.2 装置性能验证性实验

3.3 抛光实验研究

3.4 本章小结

第4章 负压空化磨料水射流抛光工艺实验

4.1 铜的负压空化磨料水射流去除实验

4.2 工艺参数对去除率的影响

4.3 工艺参数对抛光表面质量的影响

4.4 K9玻璃单点抛光实验

4.5 本章小结

结论与展望

1.论文主要结论

2.论文主要创新点

3.研究展望

参考文献

附录A 攻读学位期间参与的研究课题

附录B 在学期间取得的学术成果

致谢