液动压悬浮抛光流场的数值模拟及抛光工具盘结构优化

为对液动压悬浮抛光工具盘结构参数进行优化,首先通过正交试验和CFD数值模拟,利用方差分析法分析抛光工具盘各结构参数对加工区域流体动压力的大小和均匀性的显著性影响;然后使用多元非线性回归方法和遗传算法对正交试验样本数据进行优化,得出最优结构参数。数值模拟试验表明,优化后抛光工具盘产生的动压力均值和均匀性都比优化前抛光工具盘提高了30%。

液动压悬浮抛光固液两相流CFD数值模拟及PIV验证

针对液动压悬浮抛光固-液两相流中固相颗粒与工件表面撞击的过程,对不同加工工况下的固相颗粒与工件表面的撞击角度和速度进行了研究。采用计算流体力学方法建立了液动压悬浮抛光流场的三维模型,并输出了固相颗粒撞击工件表面的速度场;同时使用粒子图像测速方法对不同工况下的抛光流场进行了试验观测。研究结果表明:CFD模拟获得的撞击速度值与PIV观测值非常接近,且随转速增加,PIV观测值受固相颗粒之间的撞击效应影响越大;抛光过程中固相颗粒撞击工件表面的角度非常小,近似于在工件表面平行摩擦,且抛光盘转速和抛光液浓度对撞击角度的影响很小。

纯铜研磨表面残余应力在液动压悬浮抛光中的松弛规律

为了探究液动压悬浮抛光工件表面的应力松弛规律,课题组利用有限元法建立了液动压悬浮抛光过程中单/多颗磨粒连续撞击工件的数值分析模型。在模型中引入了传统研抛加工后的工件表面粗糙度和残余应力参数值,分别探讨了单/多颗磨粒连续撞击情况下抛光转速对机械研磨后铜质工件中残余应力松弛的影响;选取经过传统研抛和传统研抛再液动压悬浮抛光的铜质工件试样,使用X射线衍射仪分别对铜质工件表面进行残余应力测试。测试结果验证了液动压悬浮抛光过程中单/多颗磨粒连续撞击工件的数值分析模型的正确性,表明液动压悬浮抛光过程对研磨表面的残余应力起到了良好松弛效果。该研究有益于在液动压悬浮抛光加工中改善工件表面应力状态。

液动压悬浮抛光固液两相流数值模拟

针对带有约束边界的新型液动压悬浮抛光方法,采用计算流体力学方法(CFD)和正交试验方法讨论悬浮抛光加工过程中,在不同加工工况对流场动压力及磨粒与壁面撞击状况的影响。模拟结果表明:抛光盘转速ω是影响流场动压力分布和固相颗粒撞击工件表面的速度大小的主要因素,随转速增大,压力和速度显著增大,加工间隙H,影响最小的是抛光液浓度φ。最佳试验参数为ω=1500 r/min,H=50μm,φ=0.3。该参数下,工件区域的流场压力分布较为均匀,沿径向方向压力分布有一定梯度,速度梯度较小,有助于快速均匀地去除工件材料。

基于均匀设计和遗传算法的液动压悬浮抛光工艺参数优化研究

针对液动压悬浮抛光流场压力均匀性优化问题,研究了悬浮抛光加工过程中工艺参数对加工区域动压力的影响;采用计算流体力学(CFD)和均匀设计方法求解了不同工艺参数下加工区域的压力均值和压力标准差;采用多元非线性回归方法建立了工艺参数与压力均值、压力标准差的拟合数学模型;通过遗传算法对工艺参数进行了优化;通过数值模拟和加工实验对比研究了优化前后的压力分布和加工效果。研究结果表明:所选的工艺参数与压力均值、压力标准差有非线性回归关系,最优工艺参数为h=285μm,ω=1 300 r/min,φ=0. 12,在该参数下工件区域的流场压力均值最大,压力标准差最小,有助于快速均匀地去除材料。

液动压悬浮抛光机床的设计与研究

为了解决纳米薄膜生长所需的原子级超光滑表面制备问题,基于液动压悬浮抛光新方法开展液动压悬浮抛光机床的设计研究。利用铝基盘作上抛光盘,高磷合金铸铁盘作下抛光盘,抛光工件贴于上抛光盘上,上下抛光盘保持一定的间隙并浸没在抛光液中,结合高精度的滚珠花键轴和导轨即可实现新型的非接触式抛光—液动压悬浮抛光。

液动压悬浮抛光工具盘承载力的研究

提出一种新型液动压悬浮抛光方法,阐述液动压悬浮抛光的基本原理,通过对结构化单元的划分及其流体液动压力的研究,推导出液动压承载力与抛光液黏度、抛光工具速度、抛光间隙以及抛光工具盘结构参数如单元长度、单元宽度、形状系数等的解析模型。数值模拟研究获得了影响液动压悬浮抛光工具盘承载力大小的主要因素,液动压抛光工具盘的斜面升高比和斜面占长比对承载力的数值大小存在极值条件,承载力与抛光工具盘速度和单元长度成正比,承载力与单元宽度的平方成正比并与加工间隙的平方成反比,单元宽度和加工间隙对承载力数值大小的作用最为显著。

同步带属性对某型抛光机振动特性的影响

液动压悬浮抛光机要求抛光间隙极小以形成抛光液液膜,抛光机微小的振动都可能会对加工造成极大影响。基于Workbench仿真平台,数值模拟了同步带的不同属性对抛光机振动特性的影响。运动分析得出影响同步带横向振动的参数;以此为因素构建正交试验,并进行不同因素及水平下的仿真;衡量各因素对抛光机振动特性的影响,发现材料属性对振动特性影响最大,带宽次之,张紧力最小,并结合实际情况得出最佳组合,有效提高了抛光机的稳定性,实现了结构的优化。