TC4钛合金磁流变抛光的磁感应强度分布及参数

使用磁流变抛光技术对钛合金进行抛光,为了获得更好的表面质量,分别对磁感应强度分布、磁流变液和抛光参数进行了研究。首先,优化了加工区域的磁感应强度分布,通过在加工区域添加两块铁板,磁感应强度分布变得均匀,从而提高抛光后钛合金工件的表面质量。其次,分析了磁流变液的组成,即基液、磨粒类型以及磁性粒子和磨粒的质量占比对工件表面粗糙度的影响。随后,研究了四个基本抛光参数,即磨粒目数、工件转速、磁感应强度和抛光时间,找出这些参数对表面质量的影响规律。采用响应面法获得了工件表面粗糙度变化率的模型,并进行了方差分析以检查模型的显著性。最后,找出最优的抛光参数并对其进行了实验验证。     

基于环形磁场励磁的两面磁力抛光试验研究

磁力抛光多数以单面抛光为主,较少有双面同时有效抛光方式.本文提出了基于环形磁场励磁的磁力抛光新工艺,该方法可以同时有效抛光两个表面.通过设计能励磁环形磁场的电磁铁,并进行三维有限元仿真分析,搭建了环形磁场双面抛光装置.利用该平台进行不锈钢两面抛光工艺试验研究,探讨了电流强度、磁极与工件间间隙、主轴转速和抛光时间工艺等参数对表面粗糙度R_a的影响.得出表面粗糙度R_a随着抛光时间、工作间隙、工件转速的增大而减小.设计正交实验方案得出合理的两面磁力抛光工艺参数,并最终取得了具有良好表面粗糙度R_a的两面工件样品.试验证明,该方法可以同时对工件的两个表面进行抛光,两个表面的表面粗糙度R_a由最初0.2μm下降到R_a(S)=0.094μm和R_a(N)=0.068μm.     

磁流变抛光头形状对加工表面粗糙度的影响

设计了4种不同形状的抛光头,并使用自制的磁流变抛光液体在三轴数控铣床上对K9平面玻璃进行了磁流变抛光工艺试验.分析了在不同的磁场强度、磁极转速,加工间隙等多种情况下抛光头形状对加工表面粗糙度的影响.试验结果表明:槽型平面抛光头的抛光效果最好;同等条件下,在抛光头上开槽能有效地提高加工效率和加工质量.     

3D打印微结构工件的磁性复合流体抛光工艺研究

对微结构精密加工时需要能够控制高低不平的材料去除,以保证不破坏原有微结构的三维形貌特征.通过自行搭建的实验平台对3D打印出来的微结构工件进行抛光实验,主要研究了机床主轴转速、加工间隙、抛光时间和抛光路径等工艺参数对微结构抛光后的三维轮廓材料去除特性以及微结构的保形情况.实验结果表明:微结构保形系数随着抛光时间增加而变小,而主轴转速和加工间隙的变化对保形系数影响较小;采用等高线移动式抛光的保形系数比采用水平移动式大;相同工艺参数抛光对包体状和截面为半圆的圆环圆周阵列微结构工件保形效果较好,对正三棱锥工件保形效果较差.     

6H-SiC晶片集群磁流变研磨工艺优化

为了研究不同种类磨粒与羰基铁粉的粒径匹配性对加工效果的影响规律,并优化磁感应强度、研磨压力、研磨盘转速和工件转速等工艺参数,采用集群磁流变研磨方法对6H-SiC晶片进行了研磨试验。结果表明:当磨粒与羰基铁粉的粒径比约为1.5时加工效果较好;各工艺参数对6H-SiC加工的材料去除率的影响由大到小依次为磁感应强度、研磨盘转速、研磨压力、工件转速,对表面粗糙度的影响由大到小依次为磁感应强度、研磨压力、工件转速、研磨盘转速;磁感应强度可以改变羰基铁粉的吸附力,从而改变对磨粒的把持程度,成为影响加工效果最显著的因素。优化后的工艺参数组合为:工件转速60r·min-1;研磨盘逆向转速90r·min-1;研磨压力70kPa;磁感应强度0.012T。在此优化条件下能获得最大的材料去除率(0.498μm·min-1)和较低的表面粗糙度(86.3nm)。     

磁场辅助软质工具游离磨粒抛光工艺研究

在软质工具机械抛光的基础上耦合外置环形磁场的辅助控制,采用混合铁磁性颗粒的硬质游离磨粒作为磨削介质,实现磁场辅助的软质工具游离磨粒抛光加工,并研究该工艺对抛光加工效率和质量的影响.通过抛光轨迹补偿实验,确定合理的轨迹补偿参数,并利用自行开发的轨迹规划软件,生成补偿后的抛光加工轨迹.采用正交实验的方法对多种金属材料的磁场辅助游离磨粒抛光加工过程进行参数优化研究并作对比验证,结果表明:外置的辅助磁场可提高软质工具抛光加工效率,改善工件抛光的表面粗糙度.     

短电弧加工参数对钛合金TC4加工特性的影响研究

为研究钛合金TC4的加工特性,采用短电弧加工系统对钛合金TC4进行加工试验,确定短电弧加工参数对钛合金材料去除速率与加工表面质量的影响,在相同的加工条件下与不锈钢PH17-4试件进行了对比。采用正交试验确定影响加工表面质量的主次因素和最佳电加工参数,同时对电弧加工后的钛合金材料表面层进行了检测及分析。结果表明:短电弧加工钛合金TC4时,当放电间隙减小和电源电压增大时,金属材料的去除速率增大,加工效率提高,但工件的表面质量降低;当工件转速提高时,工件表面粗糙度值变化不明显,但材料去除速率增大;相同的加工条件下,其去除速率与表面质量均略低于不锈钢。影响钛合金TC4加工表面粗糙度的因素主次顺序为电源电压>放电间隙>主轴转速,最优加工方案为放电间隙0.3 mm,主轴转速118 r/min,电源电压10 V。加工后的钛合金材料表面层的机械性能及金相组织基本稳定,过热层厚度及硬度变化不明显,对后续的精加工不会造成困难,这为短电弧加工技术在钛合金材料加工方面的应用提供了一定的理论依据。     

换能器阵列型超声抛光机理及声场仿真和实验研究

为了提高工件表面抛光质量和抛光效率,对传统非接触式超声振动抛光进行了改进,将单个换能器换成换能器阵列,同时加入料筐的旋转运动,设计了实验样机。分析了超声抛光的材料去除机理,推导出单颗磨粒去除材料体积和磨粒振动速度的表达式。利用COMSOL对样机抛光槽内液体进行声场仿真,研究了换能器个数、换能器布置间距、换能器输入电压对抛光液声场分布的影响,优化了抛光槽底部换能器的布置方式,仿真结果显示,换能器个数为4个、布置间距为55mm时,抛光槽中心区域声压分布更加均匀。实验探究了样机料筐转速、抛光时间、换能器输入电压对工件表面抛光质量的影响规律,确定了工件表面抛光效果最佳时的工艺参数组合,结果表明:料筐转速为50r/min、抛光时间为80min、换能器输入电压为150V时,抛光效果最好,此时工件表面粗糙度减小量为0.019μm,表面粗糙度变化率为33.33%。     

硬质合金麻花钻的剪切增稠抛光试验研究

针对硬质合金钻削刀具曲面加工效率低的问题,提出了用剪切增稠抛光（Shear Thickening Polishing, STP）方法实现硬质合金钻削刀具的复杂双螺旋曲面的低成本、高效率整体高质量抛光加工. 配制具备剪切增稠特性的非牛顿抛光流体,使用MCR302旋转流变仪测试其流变特性. 基于剪切增稠抛光液的流变特性,对硬质合金麻花钻的刃背、刃带和螺旋槽曲面进行整体抛光. 采用控制变量法分析抛光槽转速和工件转速对硬质合金麻花钻表面粗糙度与材料去除率的影响规律. 试验结果表明,加工后的麻花钻整体表面粗糙度随抛光槽转速的增大先减小再增大,在抛光槽转速为90 r/min时,加工效果最好. 随着工件转速的增加,其整体表面粗糙度先减小后基本不变或略有增加,在工件转速为3 500 r/min时,加工效果最好. 麻花钻材料去除率与抛光槽转速及工件转速呈正相关. 在较优加工参数抛光槽转速90 r/min、工件转速3 500 r/min下,麻花钻经STP 60 min后,其刃背、刃带和螺旋槽表面粗糙度分别从原始的310 nm、450 nm、270 nm降低至10 nm、243 nm、15 nm,刃背和螺旋槽磨削痕迹几乎消失,螺旋槽刃口处缺陷明显减少.     

超声振动辅助抛光BK7过程中聚氨酯抛光垫磨损行为

抛光光学玻璃等硬脆材料时常选用聚氨酯抛光垫,其微观形貌和磨损直接影响抛光精度和效率.本文对不同抛光时长下聚氨酯抛光垫微观形貌和磨损行为及其对材料去除率和表面粗糙度的影响进行了实验研究.结果表明：当主轴转速为8 000 r/min,进给速度为0.015 0 mm/s,轴向超声振幅为5μm时,材料去除率和表面粗糙度分别为0.977μm/min和153.67 nm.聚氨酯抛光垫在30 min内磨损量较小,随着抛光时长的增加,抛光垫表面孔隙逐渐被磨粒和玻璃碎屑填充,破坏抛光垫表面的疏松多孔结构,导致抛光垫表面硬化,失去弹性.同时,侵入抛光垫表面的磨粒会阻止抛光接触区域内的磨粒更新,导致抛光质量降低.