可控式混合磨料流体抛光模型及其优化研究

摘要

随着科学技术的发展，工业领域对直径或对角线直径1m以上光学元件需求日盛。传统的光学加工方法不能满足大尺度光学元件提出的加工效率和加工表面质量两个主要方面的要求，因此亟需一种高效率、高精密的光学零件加工方法。
　　可控式混合磨料流体抛光是一种结合磨料射流理论和弹性发射加工理论的非接触式离散粒子加工方法。高速磨料流体经喷嘴充入旋转的限控轮与光学玻璃表面间的空隙中，利用限控轮限制磨料流体飞溅、约束磨料流体形态，在限控轮的离心力驱动及局部流体压力作用下，形成高能速度场。高能速度场中磨料颗粒不断地与限控轮及光学玻璃表面发生弹性碰撞，在狭小空间内形成高频振荡，使磨粒可以多次多向冲击工件表面，获得光滑表面。同时保证了光学玻璃较好的表面质量和较高的抛光效率。本论文的工作内容包括以下几个方面：
　　（1）结合磨料流体抛光及弹性发射加工机理，研究了可控式混合磨料流体抛光的材料去除机理及流场压力场的数学建模，同时运用有限差分法借助Matlab软件实现加工区域压力场三维建模，分析了主要参数对压力场的影响。
　　（2）在磨粒运动分析的基础上，本部分主要对限控轮约束磨粒喷射光整加工材料去除机理进行探讨和研究，主要讨论对磨粒有效直径与最小间隙的对比，分析两体加工与三体加工的特点及两者间的转化条件，同时分析磨粒去除材料的模型及过程。
　　（3）根据以上混合磨料流体抛光工艺特点的理论分析与要求，设计、制造了磨料流体输出系统，重点介绍了流体输出系统和抛光机床两大部分，同时对限控轮的变速进行改造，添加变频器并对该变频器进行速度标定。本章最后对搅拌混合系统进行了设计，并对所设计的搅拌系统进行设计制造。
　　（4）在上述工作基础上，试验研究了K9光学玻璃的可控式混合磨料流体抛光。采用正交试验方法进行了以材料去除率和抛光后工件表面粗糙度为工艺指标的工艺试验，并对实验数据进行处理分析，得出了各参数的重要程度及各参数对材料去除率和表面粗糙度的影响规律，同时拟定了一条光学玻璃抛光加工路线并进行了实验。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2光学玻璃抛光方法

1.3课题来源与研究背景

1.4论文的主要研究内容

本章小结

第2章 限控轮/工件楔形接触区流体压力场研究

2.1引言

2.2接触区磨料流体压力场数学模型

2.3差分法求解二维雷诺方程的原理

2.4雷诺方程的求解

本章小结

第3章 磨料流体抛光材料去除机理研究

3.1引言

3.2材料去除机理分析

3.3单颗磨粒的材料去除模型

3.4加工区有效活动磨粒数模型

3.5材料去除模型

本章小结

第4章 可控式混合磨料流体抛光装备

4.1 引言

4.2 可控式混合磨料流体抛光装备总体设计

4.3磨料流体输出系统

4.4抛光机床改造设计

4.5搅拌混合系统的设计

本章小结

第5章 可控式混合磨料流体抛光工艺的试验研究

5.1引言

5.2可控式磨料抛光实验条件及抛光过程

5.3可控式磨料抛光工艺参数对抛光效果的影响

5.4可控式磨料流体抛光工艺参数优化分析

本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

致谢

攻读学位期间所发表的学术论文

参考文献