抛光粉颗粒度对高功率激光玻璃材料抛光效率和粗糙度的影响

磷酸盐钕玻璃、熔石英和BK7是3类用于激光惯性约束聚变(ICF)装置主要光学元件材料.实验中采用不同平均粒径的氧化铈抛光粉对上述3类材料分别进行抛光,对特定材料抛光去除量和抛光粉平均粒径的关系进行了研究.实验表明:由于材料的物理和化学特性不同,特定的材料需选用相应平均粒径大小的抛光粉才能达到最佳的抛光效率.实验还就上述3类高功率激光玻璃材料抛光中各个阶段的抛光粗糙度与抛光粉平均粒径的关系进行了研究,结果表明:某一规格抛光粉的粒径对不同特性材料抛光后的表面粗糙度影响表征情况不同.     

磁流变抛光工艺参数的正交实验分析

对利用自行配制的水基磁流变抛光液和磁流变抛光实验样机进行了以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标的工艺实验。应用正交试验方法分析了磁流变抛光中主要工艺参数(磁场强度、抛光粉浓度、抛光盘的转速、抛光盘与工件间的间隙)对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律,并结合磁流变抛光机理对其进行了分析。根据实验结果对工艺参数进行了优化。     

液浮法抛光优化技术

一种新的光学元件表面抛光工艺—液浮抛光技术,采用具有剪切增稠效应的非牛顿流体作为抛光液,流体在抛光区域形成液膜,实现对工件表面高效、低损伤的加工。以材料去除量以及工件表面粗糙度作为评价指标,利用正交实验法对K9玻璃抛光过程中的四个关键影响因素:磨粒质量分数、磨头入口压强、磨头重力、剪切增稠相中分散相的质量分数进行实验分析,得到一组最优参数组合以及各主要影响因素对抛光效果的影响程度。对于工件表面粗糙度,采用极差法得出各因素对整个工件的影响程度的主次顺序为(主→次):二氧化硅质量分数、磨头重力、入口压强、磨粒质量分数,最佳参数组合为:磨粒氧化铈质量分数为14%,入口压强为0.3MPa,剪切增稠相中分散相二氧化硅质量分数为9%,磨头重力为34.3kg;对于材料去除量分布,经过90min的抛光,其平均去除量为0.2μm。     

永磁流变抛光纳米精度非球面技术研究

利用永磁流变抛光技术制造高精度光学元件是一项极具前景的超精密制造技术。对一台五轴联动磁流变数控抛光系统的结构特点、功能特色及关键部件的设计进行了阐述。在此基础上,结合装置开展基础试验,对磁流变抛光过程中的主要控制参量如抛光轮下压量、抛光轮速度等对材料去除特性的影响进行了研究。开展了磁流变抛光对提高工件(K9玻璃)表面粗糙度效果的抛光试验,结果证明该套系统具有良好的磁流变抛光特性,抛光23min后工件表面粗糙度降低到0 6739nm。     

抛光液的pH值对抛光元件表面粗糙度的影响

减小大孔径超光滑玻璃表面的粗糙度是提高抛光质量的关键。实验研究了抛光过程中pH值对抛光元件表面粗糙度的影响。结果表明:抛光液的pH值对抛光元件表面粗糙度有较明显的影响;抛光过程中抛光液的pH值会随抛光时间而变化;抛光过程中,当保持抛光液处于微碱状态,且离抛光粉的等电离点较远时,抛光元件表面具有较小的粗糙度。     

射流抛光中抛光液黏度对材料去除函数的影响

抛光液黏度是影响射流抛光(FJP)效果的重要因素,针对硬脆光学元件射流抛光中对抛光液黏度缺乏系统研究的现状,研究了抛光液黏度变化对材料去除函数的影响。建立射流抛光连续相、离散相模型和磨损模型,计算不同黏度下磨粒运动轨迹,分析磨料颗粒撞击速度矢量随黏度的变化规律。配置不同黏度相同质量分数的抛光液,结合BK7工件静态采斑实验研究与塑性磨损理论计算,获得不同黏度下的材料去除函数,分析黏度对去除函数的影响机制,并进一步研究由此引起的工件表面粗糙度变化。结果表明:随着抛光液黏度增大,材料去除函数的去除深度减小、去除形状及去除范围保持不变,这有利于降低工件表面粗糙度。该研究扩展了现有光学元件射流抛光材料去除理论,对实际抛光液黏度调控具有理论指导意义。     

纳秒激光抛光钛合金Ti6Al4V作用机理的实验研究

对钛合金进行抛光可以优化表面质量、提高耐磨损性能和使用寿命。运用纳秒脉冲光纤激光器进行钛合金Ti6Al4V抛光实验,通过光学轮廓仪测量不同激光光束形状、脉冲能量密度、光斑重叠率、脉冲宽度下的钛合金Ti6Al4V工件表面粗糙度变化规律。结果表明:平顶光束能够达到的粗糙度更小,激光脉冲能量密度增大,凸起消融越多,工件表面粗糙度减小;光斑重叠率增大,粗糙度减小,重叠率过大,受热应力的影响,凝固后的表面变得不平滑,粗糙度增大;一定范围内的脉冲宽度的增加,凸起消融越多,粗糙度减小。研究结果对提高钛合金抛光效率,优化钛合金性能有促进作用。     

抛光颗粒尺度均匀性对射流去除特性的影响

基于单喷嘴射流抛光去除机理,研究了抛光颗粒尺度分布理想均匀时,颗粒直径和抛光液质量分数变化对冲击去除分布的影响。在此基础上,考虑到实际加工过程中,抛光粉颗粒不可避免地存在分布不均匀的情况,在非理想不均匀条件下,提出了一种分析颗粒尺度的材料去除特性模型,重点研究了不同颗粒尺度分布范围对材料去除特性的影响。结果表明:在理想状态下,冲击去除随着抛光颗粒直径的增大而减小,随着抛光液质量分数的增大而增大。当颗粒直径随机分布时,材料去除量将出现明显的波动,抛光液质量分数的增大使去除量波动也增加,去除量波动的大小与抛光粉颗粒的平均直径直接相关,且与理想均匀状态下的去除特性相比,颗粒分布不均匀性使得材料的去除量有所增大。     

液体喷射抛光时各工艺参数对材料去除量的影响

以实验为基础,研究了液体喷射抛光技术的各工艺参数,包括喷射角、工作压力、工作距离和作用时间等参量对工件材料去除的影响。获得了它们之间的关系曲线;得出了工件材料去除的规律;确定了液体喷射抛光时的最佳参数组合。为进一步研究液体喷射抛光时各工艺参数对工件表面粗糙度的影响奠定了基础。     

基于Kahan线性化快速计算梯度磁场下磁流变抛光区域抛光粉沉降特性

针对抛光粉沉降特性数值计算这一超大规模非线性问题,基于Kahan线性化解决了超大规模流固耦合计算问题。研究了以羟基铁粉和硅油为主要成分组合而成的抛光粉多相流在梯度磁场下抛光区域的沉降特性。以质量分数70%、粒径5 μm的羟基铁粉和粘度为0.973 Pa·s的硅油组合而成的抛光粉为研究对象,实现了不同的抛光轮转速、不同嵌入深度以及不同羰基铁粉质量分数情况下的沉降规律分析。结果发现:磁流变抛光区域的抛光粉会随着抛光轮转速的增大而增多;当到达出口时,抛光粉的分布趋于稳定状态;抛光粉会随着嵌入深度的增加而增多并存在饱和区;羟基铁粉的质量分数以非线性的方式影响沉降能力。