氣-液-固三相拋光磨粒動(dòng)力學(xué)規(guī)律及加工試驗(yàn)研究.pdf

1、氣-液-固三相磨粒流光拋光方法以微氣泡潰滅形成的空化沖擊效應(yīng)驅(qū)動(dòng)磨粒對工件表面進(jìn)行拋光，在提升拋光效率的同時(shí)，減少了亞表面損傷的概率。目前對該方法的研究重點(diǎn)主要集中在磨粒流邊界條件的控制上，如磨粒入射角、入射速度等，但都未對拋光磨粒在流場中的動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行深入挖掘和直接測量。誠然通過探究氣-液-固三相近壁流場中空化沖擊磨粒的動(dòng)力學(xué)規(guī)律對空化沖擊磨粒可控性的形成及拋光效率的提升具有重大意義。在此思路下通過修正湍流模型對三相磨粒流進(jìn)行數(shù)學(xué)描

2、述，利用PIV技術(shù)對拋光流場進(jìn)行測量，提出微氣泡補(bǔ)償氣-液-固三相磨粒流拋光方法并進(jìn)行加工試驗(yàn)。基于此，本文的主要工作如下:
　　(1)以大平面電子信息材料拋光技術(shù)為研究背景，分析了現(xiàn)有加工方法的利弊。對國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行了綜述，提出了氣-液-固三相磨粒流拋光方法。對該方法所涉及的理論及技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)論述，確定了本文的主要研究內(nèi)容和后序工作任務(wù)。
　　(2)以可實(shí)現(xiàn)k-ε湍流模型為基礎(chǔ)，分析三相流場特性，并結(jié)合Mixture

3、模型對可實(shí)現(xiàn)k-ε湍流模型進(jìn)行修正，使其對氣-液-固三相磨粒流流場運(yùn)動(dòng)規(guī)律的描述更為準(zhǔn)確。探究空化沖擊磨粒在近壁端的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，并分析單磨粒在流場中的受力情況。
　　(3)綜合分析現(xiàn)有拋光模型的缺陷后優(yōu)化幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分、參數(shù)設(shè)置及數(shù)值模擬。基于流場特性數(shù)值模擬拋光工具入口數(shù)對流場特性和磨粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，確定最佳入口數(shù)拋光工具，并在流場低湍動(dòng)能、動(dòng)壓力區(qū)域設(shè)置微氣泡補(bǔ)償，完善拋光圓盤，提出微氣泡補(bǔ)償氣-液-固三相磨粒流拋光

4、方法。
　　(4)PIV系統(tǒng)能夠在不干擾流場運(yùn)動(dòng)形態(tài)的同時(shí)對流場進(jìn)行整體測量，有利于分析三相磨粒流的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，設(shè)計(jì)氣-液-固三相磨粒流PIV測量試驗(yàn)平臺，對四入口拋光盤形成的流場進(jìn)行觀測，并通過圖像處理算法計(jì)算流場的速度矢量、渦量等參數(shù)，試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值模擬的正確性及拋光方法的可行性。
　　(5)設(shè)計(jì)氣-液-固三相磨粒流微氣泡調(diào)節(jié)試驗(yàn)平臺，并進(jìn)行拋光試驗(yàn)。結(jié)果表明:在微氣泡補(bǔ)償下的氣-液-固三相磨粒流拋光4h后，B區(qū)域測量點(diǎn)硅