剪切增稠抛光工艺特性与应用研究

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剪切增稠抛光技术是一种利用抛光介质的非牛顿特性进行抛光的精密加工方法,具有抛光效率高、抛光质量好等优点,近年来引起较多研究学者的关注。在给定的剪切速率区间内,抛光介质的黏度会显著增加,这种动态的剪切增稠效应为具有复杂结构的工件的抛光效率和抛光表面质量的提升提供了有效途径。本文利用剪切增稠性质,制备了剪切增稠抛光介质,通过添加触变剂、优化各组分配比等措施,提高了抛光介质的稳定性;通过对抛光介质流变性能测试,为仿真和实验中工艺参数选取范围提供了参考;通过对抛光介质的流场进行仿真,研究了不同工艺参数对工件表面压力的影响;通过短棒和高速钢丝锥进行实验验证,为基于抛光介质剪切增稠效应的钝化抛光工艺参数优选打下了基础。主要研究内容包括:(1)剪切增稠抛光介质的制备工艺、介质稳定性及流变性能研究。通过搅拌抛光介质、添加触变剂等方式提高了抛光介质的稳定性;通过优化抛光介质各组分配比,获得了具有显著剪切增稠效应的抛光介质;通过对抛光介质进行流变测试,其结果为仿真工作中本构方程的建立提供了数据支持,为实验中主轴转速和进给速度的选择提供了参考。(2)剪切增稠抛光仿真研究。基于Ansys的Polyflow模块,建立了抛光介质的二维模型,研究了不同流道宽度、主轴转速及进给速度对工件的表面局部的抛光介质所受到的压力的影响规律,结果表明,随着流道宽度减小,主轴转速升高、进给速度增大,工件表面局部的抛光介质受到的压力逐渐增大。仿真结果为抛光实验中工艺参数的优选提供了参考。(3)剪切增稠抛光实验验证。通过短棒抛光实验,研究了不同壁面约束类型、主轴转速、进给速度对短棒表面质量的改善情况,结果表明,在双壁约束下,随着主轴转速和进给速度增加,单位时间内粗糙度Ra降低量逐渐增大。抛光20min后,工件表面粗糙度Ra可由90nm左右下降至16.7nm;通过刀具钝化实验,验证了应用剪切增稠流体钝化刀具的可行性,结果表明,随着钝化时间延长,刀具钝圆半径rβ逐渐增大,钝化300s后,丝锥钝圆半径可由4.28μm钝化至14.42μm左右。
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