王永强[1]2016年在《大抛光模磁流变超光滑平面抛光技术研究》文中研究表明近年来,随着信息电子技术、光电技术及半导体照明技术的迅速发展,超光滑平面元器件需求越来越大,这些表面要求达到亚纳米级表面粗糙度、微米级面形精度且无表面和亚表面损伤,传统超精密抛光技术由于耗时、成本高、易产生表面损伤,难以满足大批量生产的要求。磁流变加工被认为是一种极具前景的获取低损伤镜面的技术手段,然而,传统磁流变加工方法抛光点面积小,加工效率低。为解决上述问题,本文在比较分析国内外超光滑表面加工技术的基础上,提出了一种大抛光模磁流变超光滑平面抛光技术,为面形精度在微米级的超光滑平面提供一种高效低廉的无损抛光加工方法,大幅增加瞬时抛光面积,显著提高抛光效率,对磁流变平面抛光工艺进行优化,探讨其加工机理,研制了磁流变平面抛光机床,并开展了工业化应用方面的探索,制定了相关企业标准,通过了科技成果鉴定。主要工作及成果概括如下:(1)提出了直线气隙永久磁轭励磁的大抛光模磁流变平面抛光新方法,增大瞬时抛光面积,提高抛光效率。研究永久磁轭励磁装置磁场分布规律,探讨磁场分布对抛光模的影响,以K9玻璃为例,研究励磁间隙、工件尺寸、抛光时间对抛光面积的影响,初步验证永久磁轭励磁的磁流变平面抛光加工效果。(2)采用有限元分析结合正交法对永久磁轭励磁装置进行了优化,进一步提高磁流变液中磁场感应强度,增大气隙上方梯度磁场宽度,增大磁流变抛光模的屈服应力及工件与抛光模之间的接触面积。为评估优化效果,将优化前后的永久磁轭励磁装置进行试验对比,对优化前后的外部磁感应强度、磁流变抛光模、抛光痕面积及加工效果进行测试并分析比较。设计并仿真分析具有类高斯型磁场分布的永久磁轭,消除抛光痕两侧犁沟。(3)提出了直线摆动磁流变平面抛光方法,匀化材料去除量分布,改善平整度。建立工件在磁流变抛光模上的运动轨迹方程,以该轨迹方程为基础建立材料去除量分布数学模型,进行仿真分析,探讨摆动轨迹、摆动行程及摆动速率等加工参数对磁流变平面抛光加工性能的影响。(4)系统研究工艺参数,包括工作间隙、励磁间隙、铁粉浓度等,对抛光力、表面粗糙度、材料去除率和平面度的影响,并对磁流变平面抛光加工工艺的亚表面损伤消除效果进行了检测,分析磁流变平面抛光加工机理,建立法向力、切向力、表面粗糙度及材料去除率的数学模型。(5)研制了磁流变平面抛光机,并利用所开发的机床,针对蓝宝石及石墨材料加工进行了试验研究。(6)应用大抛光模磁流变平面抛光方法加工K9玻璃,获得了0.794 mm3/min的最大体积去除率、PV 1μm的面形精度和Ra 0.6 nm的表面粗糙度;加工蓝宝石,获得了4.63 mg/h的最大材料去除率及Ra 0.3 nm的最佳表面粗糙度;加工石墨,获得了3.1 mg/min的最大材料去除率及Ra 10 nm的最佳表面粗糙度。
胡扬轩, 邓朝晖, 万林林, 李敏[2]2018年在《用于蓝宝石材料加工的新型超精密抛光技术及复合抛光技术研究进展》文中提出超精密抛光是一种降低表面粗糙度,获得高表面质量和表面完整性的加工技术。蓝宝石作为典型的难加工硬脆材料,传统抛光方法存在表面会产生崩碎、划痕等损伤,表面质量难以得到保证以及加工效率低等问题。本文综述了应用于蓝宝石材料的磁流变抛光、水合抛光、化学机械抛光和激光抛光等技术的原理与特点及其研究现状,并分析了各抛光技术的优缺点;从表面质量、磨料与磨液、效率与成本等方面对各抛光技术进行比较;介绍了复合抛光技术在蓝宝石材料中的应用;最后重点展望了蓝宝石材料超精密抛光技术的下一步研究。
李智[3]2016年在《组合磁流变抛光的关键技术研究》文中认为随着3C电子行业的蓬勃发展,铝合金、蓝宝石、氧化锆陶瓷等材料在手持设备、智能穿戴设备、武器装备等领域得到了广泛应用。由于用户群体数量庞大,外观要求精益求精,因此3C零部件需求量巨大,表面质量要求日益提高。传统的平面研磨抛光方法可以实现平面薄型零件的高效高精度表面抛光。但伴随着2.5D曲面和3D曲面在3C零部上的应用,传统的研磨抛光方法不仅难以实现弧形零件的加工,而且机床精度要求均很高。针对上述问题,本文将磁流变抛光方法应用到3C制造业,研究了组合磁流变抛光技术,利用该技术实现了3C零部件的高效高表面质量加工。本文的主要内容包括:阐述了组合磁流变抛光技术的原理,分析了平面抛光和曲面抛光的运动,并建立了相应的运动方程,从理论上证明了该技术的可行性。计算了抛光各运动所需要的扭矩,简要介绍了组合磁流变抛光机床YHMRF-640的结构特点和控制系统,为工艺技术的研究奠定了基础。根据抛光方式的要求,设计了抛光的电磁场。采用Ansoft Maxwell软件对电磁场进行了仿真,分析了抛光区域内的磁场强度和磁力线分布。根据仿真模型制作出了电磁场,验证了磁场的实用性。为了提高磁场的使用性能和寿命,对电磁场的冷却方式进行了探讨,计算了线圈的温升,确定了间接冷却的方式,选定变压器油为冷却介质。最终根据电磁场的结构特点,设计了冷却回路。分析了磁流变液各组成成分的选用依据,研究了磁流变液的分散稳定性理论。根据理论依据配制了磁流变液,测试了磁流变液的剪切应力和粘度,结果表明:零场状态流动性良好,励磁状态剪切应力较高。最后对磁流变液的失效形式进行了研究,提出了相应的预防方法和改进措施。应用自主研制的磁流变抛光机和磁流变液,用单因素实验方法分别研究了磁场强度、抛光间隙、工件转速、摇摆角度、磁敏微粒粒径和磁敏微粒质量分数等参数对材料去除率和表面光泽度的影响规律,为优化工艺技术提供了良好的实验基础。
焦璐璐[4]2014年在《基于磁流变抛光的球面单件加工技术研究》文中研究说明磁流变抛光技术作为一种新式光学零件的加工技术,以其加工效率高、易于计算机控制、不存在刀具磨损,抛光头不会变形等一系列优点成为研究的热点技术。本文在实验室前期开展的环带式磁流变抛光装置研究的基础上,研究了基于磁流变抛光的小球面单件加工技术,设计了一款小型磁流变抛光装置,探讨了一种新型小球面单件加工技术。文章介绍和分析了磁流变抛光的加工原理和环带式磁流变抛光的材料去除机理。采用了范成法和准球心法相结合的方法(抛光零件时,工件轴线和磨头轴线所在的直线交于-点),提出了小型磁流变抛光设备的结构设计方案。设计了旋转抛光磨头、工件机构以及循环存储装置。旋转抛光磨头部分设计了环形磁场,并使用ANSYS软件对磁场进行模拟与分析；工件机构部分设计了一个角度调整装置,转动角度为90°。通过搭建实验装置,研究了不同工艺参数(工件轴转速,抛光轴转速,抛光液的浓度和加工间隙等)对抛光效果的影响,得到最佳工艺参数。同时根据设计的结构,组装好小型磁流变抛光装置。通过实验验证设计的可行性,为后续小型磁流变抛光装置的研制奠定了一定的基础。
李龙响[5]2016年在《大口径非球面磁流变加工的关键技术研究》文中研究表明由于大口径非球面能够校正像差,增大视场,提升像质,减少系统光学元件数量,从而有效地减少重量,降低成本,因此大口径非球面在现代天文观测和对地观测等大口径光学系统中得到了广泛的应用。但是现代大口径光学系统对非球面的面形精度、表面粗糙度和亚表面损伤等要求也更为严格。传统的计算机控制表面成形等加工方法由于加工确定性低和收敛效率慢等问题难以满足非球面,尤其是大口径离轴非球面的制造需求。磁流变抛光技术作为一种新型的光学加工技术,具有加工确定性高、收敛效率稳定、边缘效应可控、亚表面破坏层小、加工适用性广以及加工大径厚比的光学镜面不存在复印效应等诸多优点,在非球面制造领域有着广泛的应用前景。本文以国家工程项目对大口径非球面快速低成本制造的需求为基础,以大口径非球面磁流变加工为主线,对非球面磁流变抛光过程中的关键技术展开了研究,最终形成了大口径非球面磁流变加工工艺流程和可视化控制算法软件,完成了1.5m量级大口径离轴非球面磁流变抛光技术的高效高精度确定性加工,为我国大口径非球面的快速低成本制造提供了技术支持。论文的主要研究工作包括:1.磁流变抛光数控加工中心。提出磁流变抛光模块中永磁型磁场工程化设计流程和设计指标,完成了磁场设计和磁场优化;对磁流变抛光模块进行紧凑型布局,先后将抛光轮直径为160mm和360mm的磁流变抛光模块集成到MRF160/MRF360数控中心上;对不同磁流变抛光数控加工中心进行去除函数测试。2.大口径光学表面磁流变抛光的驻留时间求解算法。研究了适用于磁流变抛光的Preston假设,提出磁流变抛光的材料线性去除模型和基于矩阵运算的修形过程;分析了大口径非球面磁流变加工过程中驻留时间算法的特点,提出基于自适应正则化和SBB相结合的快速高精度非负驻留时间求解算法。3.中高频误差抑制和边缘效应控制。对磁流变抛光过程中的中高频误差-振铃效应和刀痕误差,进行探讨和研究,一方面提出基于保形映射和双协调样条插值的保形延拓,对任意几何形状的面形误差边界振铃进行抑制;另一方面提出基于去除函数积分模型的刀痕误差产生机理,通过分析刀痕误差的影响因素,给出了磁流变抛光刀痕抑制和消除策略。对磁流变抛光的边缘去除函数进行实验测定,拟合边缘去除函数变化规律,在驻留时间求解算法中进行了边缘效应控制。4.大口径非球面加工位姿控制。提出抛光轮的轮半径方向沿着非球面最接近球面的法线方向,同时利用非球面与最接近球面之间的偏离量进行加工补偿,以确保抛光间隙恒定的位姿控制策略。建立数控中心低自由度下的变去除函数补偿模型。通过对永磁型磁场进行优化设计,建立虚拟轴位姿控制模型。5.大口径非球面磁流变加工工艺与控制算法软件。提出在大口径非球面光学元件制造过程中引入磁流变加工工艺,建立了大口径非球面磁流变加工的完整工艺流程;利用Matlab和C++混合编程技术编写以Matlab为基础的GUI可视化控制算法软件。完成1500mm量级大口径离轴非球面磁流变抛光技术的高效高精度确定性加工。
尤伟伟[6]2004年在《磁流变抛光的关键技术研究》文中认为磁流变抛光技术(MRF)是近十年新兴的一种先进光学制造技术,它将电磁学、流体动力学理论、分析化学与光学零件加工理论相结合,提供了一种可以准确控制去除量的确定性抛光策略,通过计算机控制,可以精确的控制抛光后的光学零件面形,同时保证低粗糙度的表面加工质量、微小的工件亚表面损伤和高的加工效率。磁流变抛光技术克服了传统的光学零件加工方法效率低下、加工质量难以控制等缺点,开展这项技术的研究对于推动我国光学加工技术的发展具有重要的意义。本文立足于磁流变抛光技术的基础性研究,主要工作包括以下几个部分: 1.根据磁流变液的性能评价指标和光学零件的磁流变抛光具体要求,对磁流变抛光液的各组成成分进行了选择,确定了其各自最佳成分类型,成功的配制出合格的水基磁流变抛光液。 2.对所配磁流变抛光液的稳定性和流变性进行了研究。分析了影响稳定性的因素并对稳定性进行了实验研究;自行研制了一台新型磁流变仪对磁流变抛光液的流变性能进行了测试。结果表明我们所配置的磁流变抛光液的稳定性和流变性完全能够符合磁流变抛光的要求。 3.根据Bingham介质的流体动力学润滑模型,利用超松弛迭代数值算法,建立了磁流变抛光的材料去除的数学模型,其理论模型与试验结果吻合良好。 4.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,得到表面粗糙度为rms0.66nm的玻璃工件。应用正交实验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,总结出工艺参数优化选择原则。
王新海[7]2018年在《磁流变抛光技术的国内外研究现状》文中研究说明磁流变抛光技术(MRF)是利用磁流变抛光液在磁场中流变性进行抛光的一种超精密加工方法。介绍了利用磁流变抛光技术抛光工件的过程,详细阐述了磁流变抛光技术国内外的研究现状,最后提出了下一步应该重点研究设计磁流变抛光设备和开展相关工艺参数实验。
陶晓峰[8]2010年在《高效率磁流变抛光技术的研究与应用》文中进行了进一步梳理随着激光核聚变、航空、航天、宇宙探测、军事侦察等高科技领域的发展,人们对光学零件的表面精度要求越来越高。在常规光学玻璃加工中,研磨、抛光是最常用的制造光滑镜面的方法,但是传统的抛光技术存在着效率低、精度不能满足现代光电技术发展的要求的问题。在过去的几十年里,磁流变液已被广泛的应用于各种工程领域,其性能也逐步提高。磁流变抛光技术(MRF)正是在磁流变液发展的基础上被提出的,是一种新兴的光学表面精密加工技术。随着人们对超精密抛光技术的深入研究和超光滑检测技术水平的提高,磁流变抛光技术以其优越的性能越来越受到广泛重视。本文主要做了以下几个方面的研究工作：1.研制磁流变抛光液。根据磁流变抛光的机理和特点,提出了适用于K9光学玻璃抛光的磁流变液的要求。根据这一标准,分析了磁流变抛光液各组成成分的作用原理及特性要求,由此确定了磁流变抛光液的各组成成分和配置工艺路线,成功研制了性能良好的磁流变抛光液。2.材料去除率实验研究。利用制备的磁流变抛光液进行材料去除实验,根据正交实验法以及单因素法的补充,得到了各因素对材料去除率的影响主次关系和影响规律,为材料去除的定量控制和磁流变抛光液的性能改良打下了基础。3.表面粗糙度实验研究。在相同的工艺参数水平下,利用制备的磁流变抛光液进行表面粗糙度实验,由正交实验法得到各因素对表面粗糙度的影响主次关系和影响规律,确定了性能最佳的磁流变抛光液型号。4.优化磁流变抛光液。根据对磁流变抛光液的初步应用实验的分析,在各因素的影响主次关系和规律的指导下,分别针对抛光效率和抛光质量,确定了磁流变抛光液的最佳配置。5.材料去除深度微观形貌初步研究。通过对定点抛光区域的材料去除率的分析和研究,得出了单位时间抛光区域的微观形貌。可以反映磁流变抛光“磨头”在光学玻璃表面驻留1分钟,对玻璃的材料去除情况,可以直观的观察材料去除率在空间上的分布。实际上,此单位时间抛光区域的微观形貌可以等价于抛光“磨头”的形状,也就是说相当于这样一个形状的抛光“磨头”在工件上对其表面起刮削作用,除去材料。从而为建立磁流变抛光的去除矩阵函数模型提供了依据,进而可实现复杂表面抛光的点位控制和面形修整。
张立锋, 贺新升[9]2010年在《磁流变抛光技术发展趋势及抛光工具研究》文中指出针对磁流变抛光技术的研究现状,主要对磁流变抛光技术的原理及应用、产生与发展、当前磁流变抛光研究的重点及其得到的成果等方面进行了归纳总结。介绍了自行开发的手持式磁流变抛光工具,并对磁流变抛光技术的发展趋势进行了分析与展望。
王德康[10]2018年在《带式磁流变抛光关键技术研究》文中认为光学加工主要可分为接触式加工和非接触式加工,接触式加工主要依靠各种类型的“磨头”在工件表面产生的剪切力实现去除,所以一般来说由于磨头的磨损,压力的不可控等因素会导致加工确定性不高,容易产生亚表面破坏层等问题。磁流变抛光技术作为一种“柔性磨头”的加工方式,又具有磁流变液完全回收,磨头状态稳定无损耗的特点,因此较传统接触式加工方法极大地提高了加工精度。但是,对于目前空间光学领域被越来越多使用的2m量级以上的大口径光学元件,尤其是对SiC反射镜来说,材料去除效率不足的问题尤为突出。在这种背景下,带式磁流变抛光技术被提出,它能够在保证加工精度和确定性的前提下,通过提高去除函数的面积提高去除率,从而缩短加工周期,降低加工成本。本文以国家工程项目对大口径非球面快速低成本制造的需求为基础,以大口径非球面磁流变加工为主线,对带式磁流变抛光过程中的关键技术展开了研究,最终初步研制出可稳定运行的带式磁流变样机并且在与机床集成后完成了Belt-MRF加工中心的搭建,为带式磁流变应用于大口径非球面的快速低成本制造奠定了硬件基础,并且通过深入的工艺研究也为工程应用提供了技术支持。论文的主要研究工作包括:1.系统硬件技术研究。针对前期实验原理样机存在的诸多问题,本文提出并实现了一系列革新设计。自主设计并制造了一种新型的皮带,在配合气浮层润滑的基础上解决了皮带与磁盒之间摩擦阻力过大的问题;仿真设计并制造了一种磁铁能够同时满足加工区域以及喷嘴和回收处的磁场需求,提高了峰值去除率从而提高了材料去除率;在磁流变液上升阶段利用蠕动泵实现了对磁流变液的回收,解决了发热易氧化的问题。2.去除函数分布模型。由于带式磁流变去除函数长度较大,所以研究其去除函数在长轴方向上的材料去除率分布是有意义的。在研究了影响磁流变去除率的各种因素后,我们选取了间隙斜率这个参数作为主要变量。结合我们提出的虚拟缎带凸起理论,通过大量的实验数据,发现了关于带式磁流变去除函数分布的模型。该模型可以指导带式磁流变去除函数的设计与选取,并且可以实现去除函数可变的功能。3.带式磁流变工艺实验。带式磁流变由于其去除函数较长,所以存在边缘效应,以及在不同材料,不同曲率的元件上的去除函数都与传统磁流变存在区别。这里我们从保证去除函数稳定性出发,进行了多组工艺实验,完善了带式磁流变的工艺函数库,为后续的实际加工提供了技术支持。4.带式磁流变抛光能力验证。带式磁流变应用于实际加工需要考虑到边缘效应,进刀方向,长度方向上加工元件姿态受限等问题。在结合实验室已有算法以及带式磁流变去除函数特点后,对一块直径235mm的SiC平面反射镜的进行了加工,取得了良好的效果,也验证了带式磁流变可以应用于大口径光学元件的快速加工制造。
参考文献：
[1]. 大抛光模磁流变超光滑平面抛光技术研究[D]. 王永强. 湖南大学. 2016
[2]. 用于蓝宝石材料加工的新型超精密抛光技术及复合抛光技术研究进展[J]. 胡扬轩, 邓朝晖, 万林林, 李敏. 材料导报. 2018
[3]. 组合磁流变抛光的关键技术研究[D]. 李智. 湖南大学. 2016
[4]. 基于磁流变抛光的球面单件加工技术研究[D]. 焦璐璐. 西安工业大学. 2014
[5]. 大口径非球面磁流变加工的关键技术研究[D]. 李龙响. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2016
[6]. 磁流变抛光的关键技术研究[D]. 尤伟伟. 国防科学技术大学. 2004
[7]. 磁流变抛光技术的国内外研究现状[J]. 王新海. 科学技术创新. 2018
[8]. 高效率磁流变抛光技术的研究与应用[D]. 陶晓峰. 东华大学. 2010
[9]. 磁流变抛光技术发展趋势及抛光工具研究[J]. 张立锋, 贺新升. 科协论坛(下半月). 2010
[10]. 带式磁流变抛光关键技术研究[D]. 王德康. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 2018