基于流动聚焦原理辅助磁射流抛光的技术研究

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随着航空航天技术的快速发展和精密电子产品的不断迭代,非球面光学元件已经被广泛应用在上述领域中。非球面光学元件的加工和检测技术也面临着许多难题磁射流聚焦后具有高粘度和高稳定性的特点,同时其本身也是一种非接触式抛光方法。针对非球面光学元件的加工,传统加工方法存在严重的缺陷,而聚焦磁射流抛光技术能够很好的解决这些问题。但是聚焦磁射流抛光技术涉及到许多原理知识,详细理论还尚需推导。其可行性虽然已经得到验证,但聚焦磁射流抛光的实验还欠缺、设备还不成熟,更没有市场化将其广泛应用到实际加工中。因此,本文首先分析两相流聚焦理论,后将流动聚焦实验成功的从毛细流动领域拓展到更为广泛的射流领域,为此做了相关的实验,并得到了实现两相流聚焦稳定性的聚焦装置结构参数最优解,为下面的流动聚焦技术与磁射流抛光技术有机结合提供了实验依据。接着通过CFD流体力学仿真,研究了高雷诺数流体冲击工件壁面时射流速度和壁面压力的分布形式,验证了高粘度流体离开喷嘴后能较好的维持自身速度稳定性。结合流体抛光材料去除机理和Preston方程分析得出聚焦磁射流抛光时的去除函数模型。之后本文对聚焦磁射流抛光的加工方法进行了理论分析后设计制造出一台聚焦磁射流抛光设备,此设备能够满足本文中的实验要求,其组成主要有动力装置、聚焦装置、循环装置、移动平台装置等组装完成。对其中许多部件进行了设计选型或加工,包括动力泵、稳压罐、储气罐、聚焦腔、螺线管、三自由度移动平台等。通过COMSOL磁场仿真,研究了通电螺线管轴线上的磁场分布,根据实验的具体情况,设计了通电螺线管,并计算得出通电电流和产生磁场的对应关系表格。最后,探究实验中加工参数(入射角度、喷射距离、磁场强度、射流压力、磨料浓度和驻留时间)对抛光效果的影响。证明了聚焦磁射流具有降低粗糙度的能力,同时实验得到了实际抛光去除函数。之后通过正交实验与极差分析,获得了最佳抛光组合。通过理论与实验相互验证分析,为以后的聚焦磁射流发展奠定了基础。
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