液动压悬浮抛光流场的数值模拟及抛光工具盘结构优化

摘要/Abstract

摘要： 为对液动压悬浮抛光工具盘结构参数进行优化，首先通过正交试验和CFD数值模拟，利用方差分析法分析抛光工具盘各结构参数对加工区域流体动压力的大小和均匀性的显著性影响；然后使用多元非线性回归方法和遗传算法对正交试验样本数据进行优化，得出最优结构参数。数值模拟试验表明，优化后抛光工具盘产生的动压力均值和均匀性都比优化前抛光工具盘提高了30%。

关键词: 液动压悬浮抛光, 正交试验设计, 非线性回归, 参数优化

Abstract: Aim to optimize structure parameters of hydrodynamic polishing tools, firstly, significant influences of size and uniformity of hydrodynamic pressures in machining areas affected by polishing tool disc structural parameters were analyzed with variance analysis method by orthogonal experiment and CFD numerical simulation. Then a multivariate non-linear regression method and a genetic algorithm were used to optimize the sample data of orthogonal experiments, and the optimal structure parameters were obtained. Numerical simulation results show that the mean of dynamic pressure and the uniformity of the dynamic pressure generated by the optimized polishing tools improve 30% comparing with that of the polishing tool disks before optimization.

Key words: hydrodynamic suspension polishing, orthogonal experiment design, non-linear regression, parameter optimization

中图分类号:

TH16
TG74

郑子军;李攀星;蔡东海;文东辉. 液动压悬浮抛光流场的数值模拟及抛光工具盘结构优化[J]. 中国机械工程.

ZHENG Zijun;LI Panxing;CAI Donghai;WEN Donghui. Numerical Simulation of Hydrodynamic Suspension Polishing Processes and Optimization of Polishing Tool Structures[J]. China Mechanical Engineering.

参考文献

[1]TSUWA H，IKAWA N，MORI Y, et al.Numerically Controlled Elastic Emission Machine[J].Annals of the CIRP，1979，28(1)：193-197.
[2]曹志强，詹建明，朱崇涛，等. 液流悬浮超光滑加工中流体动压力对加工效果的影响[J]. 光学精密工程，2008，16(6)：1069-1074.
CAO Zhiqing，ZHAN Jianming，ZHU Chongtao， et al. Fluid Pressure and Its Effect on Hydrodynamic Suspension Ultra-smooth Machining[J]. Optics and Precision Engineering，2008，16(6)：1069-1074.
[3]ZHOU C，SHAN L，HIGHT J R，et al. Fluid Pressure and Its Effects on Chemical Mechanical Polishing[J]. Wear，2002，253(3)：430-437.
[4]计时鸣，於加峰，洪滔，等.槽形抛光工具形状对液流悬浮抛光加工效果的影响[J]. 农业工程学报，2012，28(s1)：87-91.
JI Shiming，YU Jiafeng，HONG Tao， et al. Influence of Shapes of Grooved Polishing Tool on Hydrodynamic Suspension Polishing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2012， 28(S1)： 87-91.
[5]李长河，修世超，蔡光起.微细游离磨粒借助流体动压力实现的超精密加工技术[J].机械设计与制造，2005(12)：105-107.
LI Changhe， XIU Shichao， CAI Guangqi. Ultra-precision Machining Technology in Fine Lose Abrasive Using Fluid Hydrodynamic Pressure[J]. Machinery Design & Manufacture，2005(12)：105-107.
[6]徐钉，文东辉，朴钟宇. 液动压悬浮抛光工具盘的设计及抛光液动压分布研究[J]. 润滑与密封，2015，40(7)： 56-59.
XU Ding， WEN Donghui， PIAO Zhongyu. Hydrodynanic Suspension Polishing Disc Design and Dynamic Pressure Distribution Research of Polishing Fluid[J]. Lubrication Engineering，2015，40(7)：56-59.
[7]江征风，郑钧宜.基于Reynolds方程的磨削流体动压特性的研究[J].润滑与密封，2007，32(10)：43-45.
JIANG Zhengfeng， ZHENG Junyi. Hydrodynamic Pressure Study of Grinding Fluid Based on Reynolds Equation[J]. Lubrication Engineering，2007，32(10)： 43-45.
[8]WATANABE J，SUZUKI J，KOBAYASHI A. High Precision Polishing of Semiconductor Materials Using Hydrodynamic Principle[J]. Annals of the CIRP，1981，30(1)：91-95.
[9]计时鸣，李琛，谭大鹏，等. 基于Preston方程的软性磨粒流加工特性[J]. 机械工程学报，2011，47(17)：156-163.
JI Shiming，LI Chen，TAN Dapeng, et al. Study on Machinability of Softness Abrasive Flow Based on Preston Equation[J]. Journal of Mechanical Engineering，2011，47(17)：156-163.
[10]郑少华. 试验设计与数据处理[M]. 北京：中国建材工业出版社，2004.
ZHENG Shaohua.Experimental Design and Data Processing[M]. Beijing：China Building Materials Press， 2004.
[11]赵茂俞，薛克敏，李萍. 多元非线性回归的铝合金覆盖件成形模拟优化设计[J]. 农业机械学报，2008，39(9)： 166-169.
ZHAO Maoyu， XUE Kemin， LI Ping. Numerical Simulation and Optimization of Aluminum Alloy Auto Panel Forming by Multivariate Nonlinear Regressing[J]. Transactions of the Chinese Society for the Agricultural Machinery，2008，39(9)：166-169.
[12]姜立标，刘坚雄，程铖. 基于正交试验的矿用自卸车转向机构优化设计[J]. 中国机械工程，2013，24(15)：2036-2041.
JIANG Libiao，LIU Jianxiong，CHENG Cheng. Optimization Design of Mining Dump Truck Steering Mechanism Based on Orthogonal Test[J]. China Mechanical Engineering，2013，24(15)：2036-2041.
[13]申远，金一，褚彪，等. 基于遗传算法的锻压机床多目标优化设计方法[J]. 中国机械工程，2012，23(3)：291-294.
SHEN Yuan，JIN Yi，CHU Biao，et al. A Multi-objective Optimization Method for Forging Machine Based on Genetic Algorithm[J]. China Mechanical Engineering，2012，23(3)：291-294.

[1]	龙江启1;林坚1;陈先兵2;王子宁2. 通风制动盘结构参数对制动抖动的敏感性[J]. 中国机械工程, 2020, 31(24): 2966-2971.
[2]	李铭, 代培培, 常志东, 陈军, . [成形质量的闭环与自适应控制技术]具有开放几何特征钣金件渐进成形的回弹控制与补偿[J]. 中国机械工程, 2020, 31(22): 2723-2727.
[3]	詹欣隆1;张超勇1;孟磊磊2;洪辉1. 基于改进引力搜索算法的铣削加工参数低碳建模及优化[J]. 中国机械工程, 2020, 31(12): 1481-1491.
[4]	高建平;孙家辉;徐振海;郗建国. 基于行驶工况的插电式混合动力公交车控制参数自动化标定方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(06): 631-637.
[5]	朱文博1;黎康顺1;朱欢欢2;迟玉伦1. 圆锥滚子球基面磨削力模型及实验研究[J]. 中国机械工程, 2020, 31(06): 679-687.
[6]	陈尤旭1,2;王德山1;张伟1,2;金国庆1,2. 面向软体机器人的3D打印硅胶软材料实验研究[J]. 中国机械工程, 2020, 31(05): 603-609,629.
[7]	刘伟1,2;商圆圆1,2;邓朝晖1,2;刘仁通1,2;肖周强2. 基于响应曲面法的轴承钢GCr15高速外圆磨削参数优化[J]. 中国机械工程, 2019, 30(23): 2829-2834.
[8]	李永华1;梁校嘉1，2;宫琦1. 基于双点加点策略的改进Kriging响应面可靠度计算方法[J]. 中国机械工程, 2019, 30(17): 2051-2057,2065.
[9]	李洪丞;马国喜;罗蓉;罗志勇. 基于实验设计与数据分析的金属热挤压成形比能耗优化[J]. 中国机械工程, 2019, 30(15): 1849-1855.
[10]	周宏明;彭姣娇;张祥雷;王素芬. 可靠性约束下的包装生产线运行参数优化[J]. 中国机械工程, 2019, 30(11): 1352-1358.
[11]	杨彦东1;周治宇1;邓云蛟1;段艳宾2;窦玉超2;曾达幸1，3;侯雨雷1，3. 3-RSR型并联车载天线机构动力学优化与仿真[J]. 中国机械工程, 2019, 30(10): 1219-1225,1232.
[12]	况雨春;黄何松;闵桃源. 顶驱中心管螺纹力学行为模拟及优化研究[J]. 中国机械工程, 2019, 30(07): 786-793.
[13]	杜茂华1;王军华2;张建飞1;王神送1. 高速铣合金铸铁实验结果的稳健设计优化分析[J]. 中国机械工程, 2019, 30(05): 554-559.
[14]	尚宝平1;闫富宏1;刘高峰2;陈振中3;邱浩波4;李晓科1. 基于近似模型的铣削工艺参数可靠性设计优化[J]. 中国机械工程, 2019, 30(04): 480-485,493.
[15]	黄海鸿, 汤杰, 钱正春, . [机械装备再制造]曲轴再制造耐磨熔覆层工艺参数优化[J]. 中国机械工程, 2018, 29(21): 2606-2614.