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外圆鱼鳞表面的拓扑磨削机理研究

外圆鱼鳞表面的拓扑磨削机理研究

作者：孙怡沈阳理工大学

学位级别：硕士

鱼鳞结构化表面在流体中运动有着良好的减阻效果,但是如何在实际工程应用中制造出鱼鳞结构化表面成为了诸多学者关注研究的问题。目前,对于制造结构化鱼鳞表面主要的方法有超声振动辅助铣削法、微热压技术、软刻技术、微塑铸法以及激光... 详细信息

鱼鳞结构化表面在流体中运动有着良好的减阻效果,但是如何在实际工程应用中制造出鱼鳞结构化表面成为了诸多学者关注研究的问题。目前,对于制造结构化鱼鳞表面主要的方法有超声振动辅助铣削法、微热压技术、软刻技术、微塑铸法以及激光雕刻技术等,但是这些方法都存在着各自的不足之处,比如其中微热压技术在硬度较大的材料上有着局限性,而且在精度和质量无法保证,激光束加工的成本过高且效率低,无法实现大批量的生产。磨削加工可以实现难加工材料的加工以及高效大批量生产。为了实现结构化外圆鱼鳞表面的磨削,基于拓扑学理论开展了结构化砂轮的设计与制造以及结构化外圆鱼鳞表面的磨削机理研究。因此,通过对鱼鳞鳞片表面的形态与随行波结构结合进行分析,分析鳞片单元的轮廓与排布以及随行波结构的形态,提取相应的特征参数,建立外圆鱼鳞表面的几何模型,结合磨削原理讨论鱼鳞表面的创成条件,最后从拓扑学的角度出发设计并制造出结构化鱼鳞砂轮。通过建立磨粒的轨迹方程,使用MATLAB软件进行结构化鱼鳞表面的磨削过程仿真,验证理论的合理性与可行性,探讨了影响结构化鱼鳞表面创成的相关因素。采用电镀工艺对设计的结构化鱼鳞砂轮进行制造,对砂轮制造过程中的相关问题进行讨论与分析,并提出解决方案。最后使用制造出的结构化鱼鳞砂轮进行磨削试验,验证了设计理论与方法的可行性并对磨削后的砂轮表面缺陷进行了分析。研究结果表明:根据鱼鳞表面的形态以及工程实用情况设计的两种排布方向的结构化鱼鳞砂轮可以在外圆工件上磨削出对应的鱼鳞结构化表面,磨削出的鱼鳞表面的尺寸和周期与给定的鱼鳞结构化表面特征参数基本一致。制备出的结构化鱼鳞砂轮上磨粒簇分布比较均匀,与镍层结合良好。当给定的磨削参数符合磨削出鱼鳞表面的边界条件可以磨削出相互搭接的结构化鱼鳞表面。通过改变不同的砂轮转速以及磨削深度磨削出的鱼鳞单元呈现出了相离、相接和相交的搭接状态。

关键词：外圆磨削鱼鳞表面拓扑结构化砂轮磨粒簇

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结构化砂轮拓扑磨削鱼鳞表面原理及仿真分析

组合机床与自动化加工技术 2021年第9期 153-156,161页

作者：许刘宛吕玉山李兴山衣军任齐永超沈阳理工大学机械工程学院沈阳110159

为了磨削出鱼鳞表面的几何形貌,基于对鱼鳞表面形貌的特征分析,建立了鱼鳞表面数学模型。依据建立的鱼鳞表面数学模型,结合磨削运动原理以及点集拓扑学理论的分析,设计出了一种用于磨削鱼鳞表面的结构化拓扑砂轮。依据磨粒平面运动轨迹... 详细信息

为了磨削出鱼鳞表面的几何形貌,基于对鱼鳞表面形貌的特征分析,建立了鱼鳞表面数学模型。依据建立的鱼鳞表面数学模型,结合磨削运动原理以及点集拓扑学理论的分析,设计出了一种用于磨削鱼鳞表面的结构化拓扑砂轮。依据磨粒平面运动轨迹方程,讨论实现鱼鳞表面磨削的条件,并通过MATLAB对设计的砂轮进行磨削运动学仿真,获得了鱼鳞表面结构。仿真结果表明:使用设计的结构化砂轮磨削工件表面可以获得鱼鳞表面,当保持砂轮转速不变时,改变砂轮进给速度、磨削深度对鱼鳞表面磨削结果均能产生不同的影响。

关键词：磨削鱼鳞表面拓扑结构化砂轮磨粒簇

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外圆鱼鳞结构化表面的研磨研究

现代制造工程 2024年第5期 10-14页

作者：陈超吕玉山李兴山智佳琦沈阳理工大学机械工程学院沈阳110159

为了在外圆工件表面上研磨出具有随行波结构特征的鱼鳞表面结构,首先基于对自然界中鱼鳞表面形貌的特征分析,建立起外圆工件沿轴向排布的鱼鳞结构化表面数学模型;其次依据外圆研磨原理以及拓扑学理论,设计出用于研磨外圆鱼鳞表面的结构... 详细信息

为了在外圆工件表面上研磨出具有随行波结构特征的鱼鳞表面结构,首先基于对自然界中鱼鳞表面形貌的特征分析,建立起外圆工件沿轴向排布的鱼鳞结构化表面数学模型;其次依据外圆研磨原理以及拓扑学理论,设计出用于研磨外圆鱼鳞表面的结构化拓扑油石;然后依据外圆研磨的磨粒运动轨迹,讨论实现外圆鱼鳞结构化表面研磨的边界条件;并对外圆研磨过程进行仿真模拟,获得了具有随行波结构的鱼鳞结构化表面。研究结果表明,利用所设计的结构化拓扑油石可以实现外圆鱼鳞结构化表面的研磨;改变研磨的振幅和频率,鱼鳞结构化表面的形状参数也会变化,但其表面拓扑属性不变。

关键词：外圆研磨鱼鳞表面结构化油石拓扑映射随行波

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轴向排布鱼鳞结构化表面的外圆拓扑磨削

组合机床与自动化加工技术 2023年第2期 143-146,150页

作者：孙怡吕玉山李兴山王伟李欣宇沈阳理工大学机械工程学院沈阳110159

由于鱼鳞随行波结构化表面具有较好的降低流体阻力的效应,为了在外圆工件上磨削出沿轴向排布的鱼鳞随行波结构化表面,首先基于对随行波结构和鳞片表面的特征分析建立了外圆工件的沿轴向排布的鱼鳞随行波结构化表面模型;然后基于外圆磨... 详细信息

由于鱼鳞随行波结构化表面具有较好的降低流体阻力的效应,为了在外圆工件上磨削出沿轴向排布的鱼鳞随行波结构化表面,首先基于对随行波结构和鳞片表面的特征分析建立了外圆工件的沿轴向排布的鱼鳞随行波结构化表面模型;然后基于外圆磨削运动原理以及拓扑学理论,设计了一种用于磨削出沿轴向排布的鱼鳞随行波结构化表面的拓扑结构化砂轮,并且给出了实现这一磨削过程的运动学条件;最后,利用MATLAB软件对所设计的结构化砂轮的磨削过程进行了仿真,获得具有随行波特征的外圆轴向排布鱼鳞表面,并且通过磨削试验验证了该磨削方法的可行性。研究结果表明,使用设计的鱼鳞结构化拓扑砂轮可以在外圆工件表面磨削出具有随行波特征的鱼鳞结构化表面,不同的转速比以及磨削深度将改变被磨削鱼鳞表面的形状参数但拓扑属性保持不变。

关键词：外圆磨削鱼鳞表面拓扑随行波磨粒簇