燃烧室抛光技术对汽油机经济性影响的研究

在一台单缸汽油机上,进行了燃烧室壁面抛光前后燃烧相位、燃烧持续期与平均指示热效率相互影响变化规律的试验研究。结果表明:单缸汽油机以化学计量空燃比、低负荷、低圧缩比运行时,抛光后的燃烧室传热损失减少、经济性改善,平均指示热效率从40.8%上升到了42.2%,而随着负荷的增大、压缩比的提高,抛光后燃烧室传热损失减小带来的爆震效果增强,燃烧相位推迟和燃烧持续期延长,最终导致平均指示热效率下降;当汽油机以稀薄燃烧模式运行时,平均指示热效率上升,最高热效率超过45%;当汽油机进入爆震区域以10.5 bar负荷运行时,抛光后燃烧室传热损失减少增强了爆震效果,导致平均指示热效率相比于抛光前总体下降。

蓝宝石光学曲面柱形宽缎带磁流变抛光仿真分析及实验研究

目的针对目前光滑无损伤光学曲面蓝宝石加工成本高、效率低的问题,对加工过程中磁流变抛光缎带进行流体仿真,进而优化抛光轮表面结构。方法设计并提出3种表面结构柱形宽缎带磁流变抛光轮,介绍了磁流变抛光轮加工的基本原理,建立了磁流变抛光垫Bingham流体特性加工仿真模型,分析了3种抛光轮表面结构对工件表面磁通密度模、流场流速、流场压力分布的影响。同时对3种抛光轮的抛光效果进行了实验探究,探究了抛光轮表面结构对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响规律。结果仿真结果表明,抛光轮表面槽型结构具有能增强磁通密度模、增大流体流速和流体压力的特性。实验结果表明,螺旋槽抛光轮的抛光效果最好,在螺旋抛光轮作用下,材料去除率为0.22mg/h,抛光后蓝宝石表面粗糙度为1.08nm。最终抛光轮近壁区总压力和速度的乘积结果与抛光轮实验去除率结果具有较好的一致性。结论槽型结构可以提高抛光液在抛光轮表面的固着效果,影响工件表面流场运动状态,增强工件表面受到抛光垫的作用力。相较于光滑和横条槽抛光轮,螺旋槽抛光轮的抛光效率最高,表面粗糙度最低,可有效提高抛光效果。

熔石英元件磁性复合流体抛光去除特性研究

基于磁性复合流体(Magnetic Compound Fluid,MCF)抛光技术开展了熔石英元件抛光工艺研究,对比了传统MCF和超声辅助MCF(以下简称UMCF)抛光对熔石英材料去除特性的影响,探究了不同抛光时间下MCF和UMCF抛光对熔石英材料去除量/去除率和表面粗糙度的影响,并构建了与抛光应力和抛光时间有关的材料去除率模型。研究结果表明,相较于传统MCF,UMCF在提高材料去除率和降低表面粗糙度方面均有优势。两种抛光方式下材料去除机制均为弹塑性去除,UMCF抛光获得的表面粗糙度相比于MCF抛光优化了68.88%。由于流体动压力和超声振动压力的联合作用,UMCF抛光材料去除率最高可达5.74×10^(-3)mm^(3)/min,相比于MCF抛光提升了4.04倍。MCF和UMCF抛光材料去除率与抛光应力和抛光时间均呈现幂函数相关性,且在UMCF抛光中抛光应力对去除率的影响权重大于MCF抛光。

皮秒/纳秒脉冲激光抛光对激光选区熔化TC4表面完整性影响

以激光选区熔化TC4钛合金薄壁结构件为研究对象,采用皮秒脉冲激光和纳秒脉冲激光进行激光抛光,旨在探究不同激光抛光方式对增材制造的钛合金表面性能的影响。两种激光加工参数均为优化后的工艺参数,且均为高斯光源。对抛光后的表面形貌、表面粗糙度、热影响层深度、元素分布、氧化程度和试样的拉伸性能进行对比分析。结果表明皮秒脉冲激光和纳秒脉冲激光均可以显著改善增材制造TC4钛合金的表面质量,降低表面粗糙度,从原始的3.52μm下降至皮秒抛光的0.71μm或纳秒激光的0.66μm。纳秒脉冲激光具有更高的热积累,表面氧化程度高,热影响层深,约为34.20μm,比皮秒脉冲激光热影响层深度增大约40.9%。拉伸试验结果表明,虽然激光抛光略微降低了激光选区熔化增材制造钛合金的拉伸性能,但是纳秒脉冲激光抛光后试样的拉伸强度和拉伸应变下降更显著。本研究为激光抛光在增材制造中的应用提供了深入的试验分析和理论探讨,为进一步扩展皮秒脉冲激光在高性能金属零件的制备提供了新思路和方法。

全口径环形抛光的光学元件面形误差影响因素及其控制

全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一,其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素,建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型,揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律;提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法,建立基于小工具的子口径修正方法,实现了抛光盘形状误差的在位定量修正;提出抛光盘表面钝化状态的监测方法,研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明:抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征,采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑;通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差,可显著提升元件的面形精度;随着抛光盘表面的逐渐钝化,元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100 mm平面元件的面形PV值优于λ/6(λ=632.8 nm),提升了元件的面形控制效率和精度。

钴铬钼合金超声振动辅助抛光力与表面质量的探究

针对钴铬钼合金的难加工性,采用超声振动辅助抛光的加工方法改善其加工效果。根据超声振动装置的运动特性,分析了单磨粒运动速度、单磨粒与工件接触轨迹坐标和单磨粒受力,建立了抛光系统的抛光力预测模型,讨论了主轴转速、进给速度和抛光深度对钴铬钼合金表面质量的影响并用实验验证了预测模型的合理性。结果表明:抛光力预测模型和实验的变化趋势一致,抛光力随着主轴转速和抛光深度的增大而增大,随着进给速度的增大而减小。本研究将为超声振动辅助抛光工艺提供理论基础。

振动辅助抛光装置设计与性能研究

为了解决传统抛光技术及机床在过程中存在的加工效率低、表面质量差、周期性抛光纹理等问题,基于柔性机构理论,采用中心对称的方式,设计一个二维振动辅助装置;基于柔度矩阵法,建立二维振动辅助装置的理论模型。对二维振动辅助装置进行性能测试及有限元仿真。结果表明:此装置的最大行程约为46μm,放大比约为1.21,固有频率约为933 Hz,耦合误差率约为2.5%,最大应力不超过83 MPa,输入刚度为23.52 N/μm,输出刚度为12.29 N/μm。并通过振动辅助加工实验及有限元仿真,证明了振动辅助抛光装置具有改善实际抛光效果的能力。

锆基非晶合金电解质等离子体抛光工艺及废液处理

电解质等离子体抛光技术在非晶合金结构件的应用仍处于探索阶段,而且会产生含较高浓度的重金属和氟离子废液。为了提高锆基非晶合金结构件的表面质量以满足其使役性能,研究抛光时间、工作电压、硫酸铵浓度、初始温度、工件入水深度、阳极挂具材料等电解质等离子体抛光工艺参数对锆基非晶合金表面粗糙度、晶化情况的影响,并利用正交试验进行参数组合优化,对比不同参数对于表面粗糙度的影响显著程度。最后针对抛光后废液污染的问题,探究并配套合适的废液处理方案。结果表明:影响抛光后材料表面质量因素的显著程度为抛光时间>工作电压>初始温度>硫酸铵浓度,最优抛光工艺参数组合为抛光时间8 min,工作电压220 V,初始温度88℃,硫酸铵浓度为5%,此时表面粗糙度为0.103μm。经化学混凝沉淀法和离子交换树脂法组合工艺处理后,出水废液中的重金属和氟离子浓度均能达国家电镀污染物排放标准。研究成果可为电解质等离子体抛光在锆基非晶合金的实际生产提供工艺指导,有助于推广锆基非晶合金结构件的产业化应用,促进锆基非晶合金的大规模工业生产。

高强双相钢氩离子抛光EBSD制备研究

利用Gatan公司的685型多功能氩离子抛光镀膜仪对铁素体-马氏体高强双相钢EBSD样品进行制备。采用正交法研究了氩离子加速电压、抛光时间以及入射角度对高强双相钢EBSD衍射花样标定率的影响。结果表明,随着加速电压、抛光时间及氩离子入射角度的增加,可有效地降低砂纸打磨痕迹对EBSD衍射花样标定的影响,且花样标定率明显提高,试样表面平整度增加。

曲面抛光机器人的模糊自适应阻抗控制

为了使机器人在曲面零件抛光过程中实现精确的力控制,进行了合理的轨迹规划与重力补偿分析,分析了阻抗控制参数对力控制稳态误差的影响。建立了曲面法向上的系统刚度模型,为了使机器人抛光系统在不同系统刚度下能够具有较好的力跟踪性能,提出能够适应系统刚度变化的模糊自适应阻抗控制模型,该模型根据力误差和力误差率,按照一定的模糊规则调整阻抗控制参数,实现了稳定的法向力控制和位置控制。仿真和试验表明,模糊自适应阻抗控制模型力控制的最大误差在±2 N以内,利用该模型抛光的圆柱凹型曲面工件表面轮廓算术平均偏差达到0.035μm,相比传统阻抗控制模型降低了59.7%,抛光质量也得到显著提高。

研磨抛光颗粒流剪切膨胀及力链演变的力学机制

将研磨抛光作为后处理可以提高工件的表面质量,如何将研磨抛光工艺价值最大化是本文首要解决的问题。由于颗粒流润滑既适用于极端环境又具有环保作用,因此本文将颗粒流用于研磨抛光。通过离散单元法建立平行板结构模型,将颗粒流作为第三体填充至摩擦副间隙,将工件表面与刀具作为第一体对颗粒流体系施加法向力和剪切力,对研磨抛光过程进行数值模拟。研究结果表明:单个颗粒剪切膨胀过程可以分为上升阶段、最高点阶段和下降阶段,不同阶段的弱力链方向都偏向于x轴,其中上升阶段强弱力链方向稳定,可提高工件的加工效率以及表面质量。当载荷的较大,会使强弱力链的分布律与承载率稳定,当载荷较大及较小时,剪切膨胀率降低,强力链方向更偏向于x轴。通过本研究,可以将不易检测的力链和剪切膨胀现象进行数值模拟,为研磨抛光条件下使用颗粒流提供了理论基础。

3D打印镍基合金GH3536化学机械抛光机理研究

目的实现无瑕疵的3D打印镍基合金GH3536超光滑镜面,揭示镍基合金GH3536在不同成分溶液下的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)去除机理。方法采用单因素实验法通过CMP对镍基合金GH3536展开研究。采用电化学测试技术和X射线光电子能谱(X-rayPhotoelectron Spectroscopy,XPS)分析3D打印镍基合金GH3536在不同p H值、不同氧化剂浓度和不同抛光液类型下的溶解与钝化行为。结果当pH值为3~3.5、H_(2)O_(2)质量分数为10%时,可获得最优的材料去除率(MRR为20.24 nm/min)和表面粗糙度(Surface Roughness,其中Ra为0.684 nm,S_(a)为1.699 nm),CMP抛光面可达到超光滑低损伤的镜面效果。根据电化学和XPS测量结果,建立了化学反应方程,确定了去除机理,具体为:在化学机械抛光过程中,镍基合金GH3536表面首先被H_(2)O_(2)氧化成Ni、Fe等氧化物;其次,在酸性H^(+)作用下,氧化物转化为Ni^(2+)、Ni^(3+)和Fe^(3+)等多价离子;最后,多价离子会与柠檬酸发生络合反应生成较软的柠檬酸盐络合物,在CMP抛光中发生去除。结论与传统电化学加工相比,采用CMP加工的3D打印镍基合金GH3536的表面粗糙度更低,表面形貌更好,可用于对面型精度要求较高的镍基合金的超精密加工。基于电化学测试技术和XPS深度剖析的方法有效揭示了镍基合金GH3536的材料去除机理,获得了不同p H值、氧化剂浓度和不同抛光液种类对材料去除机理的影响规律。为获得新型高质量表面的3D打印合金材料提供指导意义。

基于3D视角的汽轮机叶片抛光量检测

叶片是汽轮机中一个非常重要的零件,它的形状和加工表面质量是汽轮机性能好坏的一个重要影响因素。在叶片生产中,抛光工序又是其中一个关键工序。有公司正研究采用机器人来代替人工作业,但在机器人打磨过程中发现,叶片抛光过程中抛光量的测量是一个难题。探讨了采用无接触的3D测量方式对叶片的抛光量进行检测的方法。

提高CeO_(2)抛光粉性能的热处理工艺研究

为提高氧化铈抛光粉的抛光性能,现有的技术大多是针对抛光液的后期使用和配制。对制造抛光粉的热处理工艺进行研究,从根本上改善抛光粉的抛光性能,有重大的学术价值和经济价值。经过分析热处理影响因素,合理选定各因素的因子水平,进行正交试验,然后将试验产品进行抛光性能测试,得出最佳的热处理工艺方案为:将待处理抛光粉升温至1100℃左右,保温1 h,用5℃凉水搅拌冷却。按优化的工艺条件处理CeO_(2)抛光粉,与处理之前的抛光粉进行抛光性能对比测试,相对抛光效率增长了52.9%。

基于模板CAD模型的任意位姿注塑件抛光轨迹生成与重用方法研究

目的提高注塑零件机器人抛光轨迹的生成效率和柔性。方法以注塑件毛边抛光为对象,首先根据已知的模板CAD模型信息建立局部坐标系,并提取抛光特征线及抛光区域,通过等距截面法计算生成一系列加工轨迹点。为了提高抛光轨迹的生成效率,提出根据模型特征直接计算同类产品加工轨迹的方法,实现相似模型产品抛光轨迹的重用。然后,利用多线结构光技术快速测量当前位姿下的零件三维信息,通过三维点云匹配方法计算出任意当前位姿下的零件模型与模板CAD模型之间的转换关系。最后,结合手眼标定结果,计算出任意位姿零件的机器人抛光轨迹。结果以注塑件毛边抛光为例,进行模拟仿真和实验验证,结果表明,文中提出的方法只需单次测量即可计算出待加工零件的抛光轨迹,避免了在线完整物体的重构,使得物体测量和轨迹计算效率得到显著提高。此外,通过点云匹配与手眼标定方法,可完成任意位姿零件抛光轨迹的计算。结论文中提出的方法能够实现基于CAD模型的机器人抛光轨迹高效生成和重用,通过轨迹转换可实现任意位姿的轨迹计算,提高了机器人抛光轨迹生成的效率和柔性。

光学元件磁流变加工不确定度误差工艺方法

为减少磁流变抛光过程中误差对加工精度的影响,实现光学元件磁流变高精度加工,采用一种不确定度误差工艺方法对加工中的误差进行抑制。通过对磁流变加工过程中的位置误差和去除函数误差进行不确定度分析,在理论分析与实验分析的基础上进行验证实验。由仿真与实验结果可知,加工中面形误差与中频误差均存在3.5 nm的不确定度误差值,通过验证实验,得到了加工后的面形误差RMS值为20 nm,中频误差RMS值为14 nm。结果表明,采用误差不确定度的方法可优化加工工艺流程,减少误差对加工过程的影响,可以达到不确定度下的面形精度。该方法为磁流变高精度确定性加工以及面形误差与中频误差的抑制问题提供了一种解决方案。

二氧化硅抛光液中金属杂质的检测方法

采用高分辨电感耦合等离子质谱仪检测二氧化硅抛光液中金属杂质元素,通过调节元素分辨力,选择适合的同位素进行检测,可有效解决质谱干扰问题。采用标准加入法稀释样品检测金属杂质含量的方法,10μg/kg加标回收率为81.17%~111.79%,可以实现对二氧化硅抛光液中多金属杂质的快速分析。

溶剂萃取法自铝材抛光废液中分离去除硫酸及其机理的研究

研究了利用溶剂萃取体系自铝材抛光废液中分离去除硫酸并纯化提取磷酸的工艺。系统考察三烷基胺(N235)浓度、萃取温度、相比、振荡时间等因素对萃取率的影响,并用McCabe-Thiele图解法预测理论阶段数,结果表明在相比为O/A=2的三个理论阶段后,98%以上的H_(2)SO_(4)将被去除。设计了一系列串级实验进行三级逆流萃取模拟,得到H_(2)SO_(4)的萃取率为95.40%,H_(3)PO_(4)的萃取率仅为3.33%。结果表明该体系对硫酸具有较高选择性,可实现H_(3)PO_(4)与H_(2)SO_(4)的高效分离。通过机理研究可知,萃取配合物以H_(2)SO_(4)·2[N235]形式存在,H_(2)SO_(4)通过与N235形成离子对络合物被萃取进入有机相中。

18CrNiMo7-6渗碳合金钢电解抛光参数研究

为提高18CrNiMo7-6渗碳合金钢表面变质层的电解抛光加工质量,开展18CrNiMo7-6渗碳合金钢表面变质层不同渗碳层深度下的电解抛光工艺分析与试验。结果表明,选择浓磷酸与浓硫酸混合溶液作为电解液,温度为40~45℃,首先研究18CrNiMo7-6渗碳合金钢表层试样在不同抛光电压、抛光电流及抛光时间工艺参数下电解抛光后的表面质量,得到18CrNiMo7-6渗碳合金钢表层的最佳电解抛光参数为10 V、1.8~1.9 A、70 s;再对得到的表层最佳参数进行微调,得到不同渗碳深度下试样的最佳电解抛光参数,次表层电解抛光参数为10 V、1.6~1.7 A、65 s,心部电解抛光参数为10 V、1.5~1.6A、60 s。

医用TC4钛合金激光-化学复合抛光及表面形貌演化

表面粗糙度是医疗器械构件最重要的质量特征之一,然而现有的激光抛光、化学抛光等单一表面抛光技术存在一定局限性。针对医用TC4钛合金表面的精密抛光需求,设计并搭建一套激光-化学复合抛光系统,通过激光-化学复合加工材料去除机理分析和开展TC4钛合金的激光-化学复合抛光试验,深入探究复合抛光过程中不同抛光阶段材料表面形貌的演变过程及粗糙度变化并进行分析,进而明确激光-化学复合抛光机理。研究结果表明,激光-化学复合抛光材料去除是基于激光热-力效应与激光诱导化学腐蚀溶解共同作用的结果,而且两者具有一定协同效应,在适当的工艺窗口内,化学腐蚀溶解可以完全去除激光烧蚀产生的残渣和重熔物。激光辐照会在工件表面“峰-谷”区域产生温度差,进而导致化学溶解速率差异,即“山峰”区域溶解速率快,“山谷”区域溶解速率慢,从而实现表面粗糙度的降低。最后采用合适的工艺参数,优化了抛光效果,实现了医用TC4钛合金的选择性精密抛光,激光辐照区域表面粗糙度Ra由初始的5.230μm下降至0.225μm,Sa由初始的8.630μm下降至0.571μm,分别下降95.7%和93.4%。研究结果可为钛合金或其他自钝化金属的精密抛光提供参考。