静电喷雾磨粒均布微结构磨具原位制备研究

提出一种基于静电喷雾的磨粒均布微结构磨具原位制备方法。使用COMSOL Multiphysics中的AC/DC模块与粒子追踪模块建立静电喷雾微槽二维仿真模型,研究在喷嘴-环形电极配置下的电场特性、喷雾特性以及沉积特性,获得微槽深径比≤1,微槽深度≤1 mm,静电压≤-6 kV以及接收距离≥40 mm的优化参数。利用光固化树脂、聚山梨酯-80以及煤油按4:3:1的比例制备静电液,并添加单晶金刚石磨粒进行静电喷雾。创新性地利用狄利克雷镶嵌法定量评估不同喷射时间、不同径向位置的磨粒分布均匀度,以喷射中心半径2.5 mm范围内磨粒分布均匀度在70%以上,得到合适的微结构模具尺寸。通过分析微槽深度和宽度对沉积率的影响获得合理的微槽参数。原位制备得到的微结构磨具微观特征完整,磨具与工件微槽宽度偏差率为≤2.87%,高度偏差率为≤1.09%。利用静电喷雾制备微结构磨具具有磨粒均布、形态可控等特点,该方法为微结构表面加工提供新工艺与新思路。