基于非牛顿流体新型液浮法抛光技术研究

提出一种新的柔性抛光技术——液浮法抛光,通过软件仿真及实验对其进行探索性研究。针对抛光液为具有剪切增稠效应的流体,利用软件对该类液体的液浮法抛光技术模型进行流场分析,得到液浮抛光模型的流场压强、剪切力分布情况。仿真结果表明,液浮抛光技术对被加工件表面具有一定的剪切效果,可以实现对工件材料的去除。搭建实验平台,设计一组实验,其中配置以粒径12 nm的二氧化硅为溶质,分子量200的聚乙二醇为溶剂的非牛顿幂律流体作为抛光液的剪切增稠基液(其中二氧化硅质量分数为9 %),加入质量分数为18 %的氧化铈作为磨料的抛光液,对于初始粗糙度为23.97 nm的K9玻璃经过90 min的抛光,其粗糙度可达到1.023 nm,实验结果表明,该技术可用于光学元件的抛光加工。     

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。     

浴法抛光中抛光粉粒径对去除效果影响的试验研究

为了分析抛光粉粒径对材料去除效果的影响,选用不同的平均粒径以及不同比例混合氧化铈抛光粉分别对K9玻璃进行了抛光试验。对抛光后的工件表面粗糙度及去除量进行了定量研究。结果表明,在试验条件相同的情况下,不同平均粒径的抛光粉,粒径越小,抛光后的元件表面粗糙度越好。从使用不同比例的混合抛光粉试验中可以看出,粒度的均匀性是影响工件表面粗糙度的重要因素。结合抛光粉粒度分布图和试验结果可以看出,抛光粉粒子的分布范围越小,以及各粒径大小分布在峰值附近的粒子所占体积百分比越接近,加工后的工件表面粗糙度越小。     

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。     

超精抛光中边缘效应对材料去除量的影响

 传统环抛加工一般将工件整个包围在抛光盘内,加工之后虽然可以获得较好的工件表面,但是需耗费较多的时间,生产效率较低。针对这种情况,借助PPS快速抛光机床,依据Preston公式,对露出抛光盘的工件部分,即对所谓的边缘效应进行研究,用新的表面模型表示非线性压强分布,合理地避开了线性模型造成的压强负值问题。并且对工件材料去除量进行仿真计算,建立了新的去除模型,得出了偏心距、工件半径和抛光盘转速比值对材料去除量的影响。根据此模型,选择适当的偏心距和转速比对工件进行加工,可获得较好面型。     

环带抛光技术材料去除理论模型研究

为了更加完善环带抛光技术并指导加工,根据Preston方程建立了材料去除量的理论模型。考虑到环带抛光技术中的诸影响因素,如抛光盘与工件之间的转速比、偏心距及压强分布等参数,建立材料去除量与各影响因素之间的相互关系的数学模型。理论分析和实验结果表明：材料的去除效率随转速比和偏心距增加而增大,转速比越接近于1时,磨削越均匀;工件露边时,工件露出部分材料的去除效率急剧下降。通过对该理论模型中的相关技术参数研究来完善环带抛光技术,有效地提高抛光的效率及稳定性。     

基于散粒磨料振动抛光非球面加工技术研究

鉴于非球面光学元件的应用日益广泛,非球面加工技术成为研究热点,提出一种基于散粒磨料振动抛光非球面的加工方法。非球面元件待抛光表面与磨粒均匀接触,通过振动抛光装置为游离磨粒提供抛光作用力,使材料去除均匀,降低表面粗糙度。以材料为ZK-10L、尺寸为Φ55 mm的光学元件为实验对象,分析了振动幅度、抛光液浓度、磨粒粒径和抛光时间对抛光效果的影响,当振动幅度为5 mm、抛光液浓度为80 g/L、磨粒粒径为1 mm时,振动抛光8 h后试件的表面粗糙度从84.4 nm降低到9.4 nm,而试件的面形精度基本不变,从而在保证面形的前提下达到抛光的目的。     

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。     

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。     

基于环摆式双面抛光法加工预测模型的去除均匀性研究

针对环摆式双面抛光难以建立稳定去除函数并进行加工面型预测这一问题,提出了基于磨粒运动学的环摆式双面抛光加工预测模型,并通过预测模型分析不同参数影响下元件表面去除均匀性,针对不同特征面型给出优化策略以指导加工实验。首先,根据环摆式双面抛光机理,探究了环摆式双面抛光中影响去除均匀性的主要因素,提出了元件上、下表面磨粒运动学模型,结合Preston方程给出了基于磨粒运动学的环摆式双面抛光去除均匀性预测模型。根据实际加工工况,分析了不同抛光均匀性影响因素下的磨粒轨迹分布与抛光去除非均匀性,最后通过加工实验验证环摆式双面抛光加工预测模型。实验结果表明：环摆式双面抛光加工预测模型的预测结果与实际加工结果基本吻合,其面型去除特征相同。元件上表面是元件去除非均匀性的主要来源,通过改变中心偏心距、径向摆动距离等参数能改变元件上表面的去除非均匀性,从而影响元件整体面型特征,并实现基于预测模型指导下元件表面面型的快速收敛。