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;
所述步骤(3)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;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。
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(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。
5.如权利要求4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。
6.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。
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,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。
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,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%。
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,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%。