本文關(guān)鍵詞：聲波輔助剪切增稠高效拋光方法研究

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【摘要】：近年來,隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,科學(xué)技術(shù)不斷取得新進(jìn)展和突破,各類科技產(chǎn)品的表面形狀也越來越向曲面甚至復(fù)雜曲面發(fā)展,進(jìn)一步增加了其超精密加工的難度。多曲率曲面組成的復(fù)雜曲面已經(jīng)廣泛成為車輛運(yùn)輸、航海、航天、能源、模具、醫(yī)療器械等領(lǐng)域工業(yè)產(chǎn)品及其零部件的工作面。如何高效、高質(zhì)量、低成本的加工復(fù)雜曲面已經(jīng)成為超精密加工技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本文在剪切增稠拋光方法的基礎(chǔ)上,通過引入聲波輔助振動實(shí)現(xiàn)了對拋光液剪切增稠強(qiáng)度的可控,進(jìn)而提出了一種聲波輔助剪切增稠拋光方法,實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜曲面類零件的高效、高質(zhì)量、低成本的加工。本文對聲波輔助剪切增稠拋光方法的研究主要內(nèi)容如下:闡述了聲波輔助剪切增稠拋光原理,并依據(jù)聲波在理想介質(zhì)中的三個基本方程,推導(dǎo)出了聲波在粘性媒質(zhì)中的運(yùn)動方程進(jìn)而分析了聲波的傳遞特性對拋光液粘度分布的影響。利用數(shù)字粘度計(jì)進(jìn)行流變測試實(shí)驗(yàn),研究了聲波頻率、功率、波形對剪切增稠拋光液流變特性的影響規(guī)律。進(jìn)行聲波輔助剪切增稠拋光驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),分析了聲波作用方向?qū)伖庑Ч挠绊?結(jié)果表明在聲波作用方向平行于工件表面時的拋光效果較好。建立了聲波輔助剪切增稠拋光實(shí)驗(yàn)平臺,主要包括聲波發(fā)生裝置、工件夾具四軸聯(lián)動裝置、拋光液循環(huán)冷卻及粘度控制系統(tǒng),為后續(xù)的聲波輔助剪切增稠拋光工藝實(shí)驗(yàn)等研究奠定了基礎(chǔ)。研制了頻率振幅信號檢測裝置用以檢測聲波發(fā)生裝置的性能,從而驗(yàn)證了聲波發(fā)生裝置的可靠性。基于非牛頓流體的本構(gòu)方程和流體力學(xué)理論,推導(dǎo)了聲波輔助剪切增稠拋光過程中工件表面作用力的力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上建立了拋光過程中的材料去除預(yù)測模型,并將預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值對比,兩者誤差在9%以內(nèi),驗(yàn)證了該材料去除預(yù)測模型的正確性。通過單因素拋光加工實(shí)驗(yàn)分析了聲波頻率、聲波功率和聲波波形對拋光效率與拋光質(zhì)量的影響規(guī)律。通過田口正交實(shí)驗(yàn)分析,得出了對材料去除率以及表面粗糙度影響的主次因素,對于材料去除率而言,聲波頻率影響最為顯著(50%),聲波功率影響次之(31%),聲波波形影響最小(11%);其對于表面粗糙度而言,聲波波形影響最為顯著(36%),聲波頻率影響次之(33%),聲波功率影響最小(28%);根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,在聲波頻率20Hz、聲波功率25W、正弦波形條件下,工件材料去除率最高,材料去除率達(dá)到了11.32μm/h;在聲波頻率為60Hz,聲波功率為25W,正弦波形條件下,工件表面質(zhì)量最佳,拋光1h后工件平均表面粗糙度可Ra 110nm下降Ra 7nm以內(nèi),最低達(dá)到了Ra 3.6nm;這兩種條件下的拋光效果均好于不加聲波時的普通剪切增稠拋光。
【關(guān)鍵詞】：曲面 聲波輔助 剪切增稠拋光 材料去除率 表面粗糙度
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG580.692
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題背景與意義12-13
• 1.2 常用曲面拋光方法的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 計(jì)算機(jī)控制表面成形技術(shù)13-14
• 1.2.2 氣囊拋光技術(shù)14-15
• 1.2.3 磁場輔助拋光技術(shù)15-16
• 1.2.4 電場輔助拋光技術(shù)16-17
• 1.3 剪切增稠拋光技術(shù)17-20
• 1.3.1 非牛頓流體的剪切增稠效應(yīng)17-19
• 1.3.2 剪切增稠拋光方法19-20
• 1.4 聲波輔助加工技術(shù)20-22
• 1.4.1 超聲波加工的原理20-21
• 1.4.2 超聲波加工的應(yīng)用21-22
• 1.5 聲波輔助剪切增稠拋光方法的提出22-23
• 1.6 研究內(nèi)容23-24
• 第2章 聲波輔助剪切增稠拋光原理及輔助聲波作用24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 聲波輔助剪切增稠拋光原理24-25
• 2.3 聲波在粘性媒質(zhì)中的傳遞25-29
• 2.3.1 聲學(xué)參量的基本概念25-26
• 2.3.2 理想流體介質(zhì)中的三個基本方程26-27
• 2.3.3 聲波在粘滯媒質(zhì)中的運(yùn)動方程27
• 2.3.4 聲波的傳遞特性對拋光液粘度分布的影響27-29
• 2.4 聲波參數(shù)對剪切增稠拋光液流變特性的影響分析29-32
• 2.4.1 聲波頻率的影響29-30
• 2.4.2 聲波功率的影響30-31
• 2.4.3 聲波波形的影響31-32
• 2.5 聲波作用方向?qū)伖庑Ч挠绊懛治?/span>32-36
• 2.5.1 聲波作用方向垂直于工件加工表面的情況33-34
• 2.5.2 聲波作用方向平行于工件加工表面的情況34-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 聲波輔助剪切增稠拋光實(shí)驗(yàn)平臺的建立37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 聲波輔助剪切增稠拋光實(shí)驗(yàn)平臺的組成37-39
• 3.3 聲波輔助剪切增稠拋光實(shí)驗(yàn)平臺中多軸聯(lián)動裝置的研制39-41
• 3.3.1 多軸聯(lián)動裝置的開發(fā)39-40
• 3.3.2 多軸聯(lián)動裝置控制系統(tǒng)的開發(fā)40-41
• 3.4 聲波輔助剪切增稠拋光實(shí)驗(yàn)平臺中聲波發(fā)生裝置的研制41-43
• 3.5 聲波發(fā)生裝置的頻率振幅測試43-49
• 3.5.1 頻率振幅信號采集系統(tǒng)工作流程43-44
• 3.5.2 頻率振幅信號采集裝置的研制44-46
• 3.5.3 聲波發(fā)生裝置頻率振幅數(shù)據(jù)采集與分析46-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第4章 聲波輔助剪切增稠拋光材料去除機(jī)理分析51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 聲波輔助剪切增稠拋光過程中工件加工表面受力分析51-56
• 4.2.1 工件加工表面作用力的分析51-53
• 4.2.2 雷諾數(shù)對阻力因數(shù)的影響53
• 4.2.3 剪切增稠拋光液對工件加工表面壓強(qiáng)阻力的分析53-55
• 4.2.4 剪切增稠拋光液對工件加工表面摩擦阻力分析55-56
• 4.2.5 剪切增稠拋光液對工件加工表面的總作用力56
• 4.3 聲波輔助剪切增稠拋光的材料去除預(yù)測模型56-60
• 4.3.1 材料去除預(yù)測模型的建立56-57
• 4.3.2 材料去除預(yù)測模型的驗(yàn)證57-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 聲波輔助剪切增稠拋光加工實(shí)驗(yàn)61-74
• 5.1 引言61
• 5.2 聲波輔助剪切增稠拋光加工實(shí)驗(yàn)條件61-62
• 5.3 拋光工藝參數(shù)對拋光效果的影響62-64
• 5.3.1 聲波頻率對拋光效果的影響分析62-63
• 5.3.2 聲波功率對拋光效果的影響分析63
• 5.3.3 聲波波形對拋光效果的影響分析63-64
• 5.4 拋光工藝參數(shù)的影響程度分析及優(yōu)化64-73
• 5.4.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)64-65
• 5.4.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分析方法65-66
• 5.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析66-71
• 5.4.4 聲波輔助剪切增稠拋光的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)71-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 第6章 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74-75
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)75
• 6.3 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-81
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果81-82

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