粘弹性磁性磨具的界面行为分析及实验研究.doc

粘弹性磁性磨具的界面行为分析及实验研究本课题来源于山西省青年基金项目“粘弹性磁性磨料旋转磁场内孔表面光整加工新工艺”(2011021021-4)。粘弹性磁性磨具是一种新型精密表面光整加工磨具,在磁场力作用下,具有一定粘弹性和流动性的粘弹性磁性磨具可以很好的适应复杂结构化表面,与被加工工件表面形成相吻合的“柔性光整膜”,通过与工件表面形成快速相对运动,实现表面微纳米级加工。粘弹性磁性磨具的性能是影响表面光整加工效果的主要因素。本文在现有粘弹性磁性磨具制备研究的基础上,从粘弹性磁性磨具中填充颗粒(Fe粉和SiC颗粒)与基体之间的界面出发,研究粘弹性磁性磨具失效的主要原因,以及界面性能对粘弹性磁性磨具光整加工效果的影响。提出了采用偶联剂对填充颗粒进行表面改性,提高界面结合强度。通过理论分析、数值模拟和实验研究,该方法能够改善粘弹性磁性磨具的光整加工效果。本文研究内容有以下几个方面：1、确定了粘弹性磁性磨具的材料类别,分析了粘弹性磁性磨具中填充颗粒与基体之间界面的作用机制,以及粘弹性磁性磨具失效的原因；根据颗粒填充复合材料理论,建立了粘弹性磁性磨具的界面脱粘数学模型,确定了影响界面脱粘的因素；从粘弹性磁性磨具的动静力学分析出发,阐述了粘弹性磁性磨具的光整加工机理。2、利用ANSYS分析软件,建立粘弹性磁性磨具的细观结构模型,计算了填充颗粒(Fe粉和SiC颗粒)对粘弹性磁性磨具内应力分布的影响,分析了粘弹性磁性磨具失效的机理,计算并讨论了填充颗粒体积分数、粒径、形状对界面脱粘的影响。3、研究了填充颗粒表面改性方法和改性工艺,用偶联剂分别对Fe粉颗粒和SiC颗粒进行表面改性,分析了偶联剂对Fe粉和SiC颗粒在基体中的分散性和相容性的影响,以及对提高界面结合能力的影响。制订了粘弹性磁性磨具的制备工艺流程,包括基体制备工艺、基体和填充的混合工艺等。4、通过对黄铜管H62内表面的光整加工实验,研究填充颗粒体积分数、粒径以及偶联剂的种类和用量对粘弹性磁性磨具光整加工性能的影响,确定了一组最佳工艺参数。