[发明专利]基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法

权利要求书

1.一种基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：

(1)在具有剪切流变效应的非牛顿流体基液中混入磨料和添加剂，搅拌均匀，制成剪切流变磨抛液，加入机床磨削液站；

(2)在完成传统粗磨、半精磨之后的精磨阶段，从砂轮切入端沿砂轮线速度方向对磨削区提供剪切流变磨拋液，替代传统磨削液；

(3)数控程序中设置磨削深度大于零，根据剪切流变磨拋液流变曲线设定砂轮线速度，控制磨拋液的剪切流变效果，进而提升楔形磨削区的流体动压力场强度，实现工件表面低损伤磨削；

(4)数控程序中设置磨削深度等于零，根据剪切流变磨拋液的流变曲线，以及工件材料的磨削工艺参数范围设定砂轮线速度，控制磨拋液的剪切流变效果，对磨削表面进行磨-抛复合加工；

(5)数控程序中设置砂轮与工件为非接触状态，对磨削表面进行剪切流变抛光，通过调整磨拋液流变特性、砂轮线速度、工件进给速度、砂轮-工件间隙，控制抛光过程表面各点材料去除率。

2.如权利要求1所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，所述步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)的阶进式磨-抛加工过程中，剪切流变磨拋液从砂轮切入端沿砂轮线速度方向进入楔形磨削区后，在楔形磨削区形成流体动压力场；磨拋液在砂轮剪切作用下发生流变效应，包括剪切增稠、剪切固化或剪切膨胀。

3.如权利要求1或2所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，所述步骤(3)的低损伤磨削过程中，砂轮和被磨削工件处于接触状态，即磨削深度大于零，为0～10μm。

4.如权利要求3所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，低损伤磨削通过以下三方面实现：

3.1)剪切流变磨拋液流变效应强化楔形磨削区流体动压力场强度，进而增加磨削过程垂直材料去除剪切面方向的静水压强，促进硬脆材料塑性域去除；

3.2)剪切流变磨拋液柔性把持游离磨粒，去除砂轮结合剂材料，实现砂轮在线修锐；

3.3)剪切流变磨拋液柔性把持游离磨粒，对磨削表面损伤层进行抛光。

5.如权利要求1或2所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，所述步骤(4)中，复合磨抛过程中程序设定磨削深度为零，砂轮-工件处于准接触状态，实际磨削深度等于前一道磨削之后的残留高度。

6.如权利要求5所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，复合磨抛过程中材料去除通过以下两方面实现：

4.1)光磨，材料去除源于工件-工具系统的弹性变形；

4.2)剪切流变磨拋液柔性把持游离磨粒，对磨削表面损伤层进行抛光。

7.如权利要求1或2所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，所述步骤(5)中，砂轮和被加工件处于非接触状态，砂轮相对被加工件的间距大于零，为0～5mm。

8.如权利要求1或2所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，材料去除通过以下方式实现：剪切流变磨拋液柔性把持游离磨粒，在流体动压力场内实现对磨削表面的抛光。

9.如权利要求1或2所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，具有剪切流变效应的非牛顿流体基液为以下之一：聚乙二醇和二氧化硅微粒组成的非牛顿流体、多羟基聚合物和水组成的非牛顿流体、聚甲基丙烯酸甲酯和丙三醇组成的非牛顿流体；

所述非牛顿流体基液占磨拋液质量分数的50％～95％。

10.如权利要求1或2所述的基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法，其特征在于，所述磨料为以下一种或两种以上混合物：金刚石、立方氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化铬、氧化铁、氧化镁；

所述磨料的粒径范围为0.5-10μm，占抛光液质量分数的5％～50％；

所述添加剂包括以下一种或多种：分散剂、表面活性剂、PH调节剂、化学活性剂；

所述添加剂在剪切流变磨拋液中的含量低于5％。