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《国防科学技术大学》 2004年
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确定性磁流变抛光的关键技术研究

彭小强  
【摘要】:随着科学技术的发展,现代光学系统对光学零件的表面形状精度、表面粗糙度以及亚表面损伤程度的要求越来越高。尤其是非球面光学零件具有矫正像差、改善像质、扩大视场、增大作用距离的优点,并且一个或少数几个非球面镜能够代替较多的球面镜,从而简化光学系统结构、降低成本、减轻重量,因而在现代光学系统中得到越来越多的应用。但是,传统的光学零件加工方法由于效率低下、加工质量难以控制已经难以适应科技发展的需求。为了解决这些技术困难,本文研究了一种新型的光学零件抛光成形工艺——确定性磁流变抛光技术。确定性磁流变抛光技术将电磁学、流体动力学理论、分析化学与光学零件加工理论相结合,它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。本文研究工作包括以下几个部分: 1.根据磁流变抛光技术的特点,研制出一台磁流变抛光实验样机。对抛光实验样机中磁流变抛光所需的磁场进行了理论分析,并对该磁场内的磁流变液中的磁敏粒子所受的磁场力进行了分析,推导出磁流变抛光液在抛光区内形成单一稳定缎带凸起即“柔性抛光模”的必要条件。经过实际加工验证,该实验样机可以实现光学零件的磁流变成形抛光。 2.适合光学零件抛光的磁流变抛光液的配制研究。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。利用自研的新型磁流变仪对其测试,该磁流变仪不但具有传统磁流变仪的功能,而且能测量磁流变抛光下磁流变液的性能,结果表明其性能完全能够符合磁流变抛光的要求。 3.建立了磁流变抛光材料去除数学模型。根据抛光的传统解释和磁流变抛光的实验现象,对磁流变抛光材料去除机理进行了研究,认为磁流变抛光是由于磁流变抛光液的流动使抛光颗粒对工件材料进行了剪切去除,同时认为,该过程也是一种机械、化学的综合作用。在这个基础上,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。 4.对磁流变抛光工艺参数进行了实验研究。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。最后,在一种基于矩阵的驻留算法基础上,对一φ60mm的回转对称面形的BK7玻璃零件进行了磁流变抛光面形修整,使该工件面形精度从8um提高到0.5um以内。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TG66

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【引证文献】
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6 汤爱军;阎秋生;路家斌;高伟强;李伟华;田虹;;磁极形状对磁流变抛光加工效果影响的研究[A];2007年中国机械工程学会年会之第12届全国特种加工学术会议论文集[C];2007年
7 汤爱军;阎秋生;路家斌;高伟强;李伟华;田虹;;磁极形状对磁流变抛光加工效果影响的研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
8 孙希威;张飞虎;董申;栾殿荣;;磁流变抛光非球面插补算法的研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
9 尹韶辉;徐志强;陈逢军;;小口径单晶硅非球面的超精密复合加工[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
10 蔡立;;光学零件超精密加工机理[A];现代光学制造技术论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 山西 张树弼;53WB紫外分光光度计故障检修三例[N];电子报;2009年
2 潘一;我的IT,你的软件[N];中国计算机报;2005年
3 本报记者 阮忠;科技创新 抢占高地[N];三明日报;2009年
4 ;2009年湖南省科学技术奖励获奖名单[N];科技日报;2010年
5 本报记者 胡嘉莉;创维要做“中国索尼”[N];中华工商时报;2001年
6 罗松保;我国先进制造技术取得新突破[N];中国航空报;2003年
7 王忠良;投资5000万元 丹棱又一工业项目开工[N];眉山日报;2009年
8 本报记者 王握文 特约通讯员 徐莎 朱七峰;创新之树硕果满枝[N];解放军报;2011年
9 本报记者 梁红兵;这是一片沃土[N];中国电子报;2000年
10 ;我国超精密加工技术获新突破[N];今日信息报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭小强;确定性磁流变抛光的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
2 王贵林;SiC光学材料超精密研抛关键技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
3 张峰;磁流变抛光技术的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
4 孙希威;磁流变抛光机床数控系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 王慧军;超声波磁流变复合抛光关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 孙桓五;液体磁性磨具光整加工技术研究[D];太原理工大学;2008年
7 周旭升;大中型非球面计算机控制研抛工艺方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
8 周林;光学镜面离子束修形理论与工艺研究[D];国防科学技术大学;2008年
9 王卓;光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
10 张学成;磁射流抛光技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陶晓峰;高效率磁流变抛光技术的研究与应用[D];东华大学;2010年
2 吕汉峰;光学元件磁流变抛光去损伤加工工艺研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 龚晓俊;模具型腔表面磁流变抛光技术研究[D];浙江工业大学;2012年
4 李林斌;磁流变抛光循环系统优化设计技术研究[D];中国工程物理研究院;2012年
5 王安伟;磁流变抛光工艺及其装备的关键技术研究与应用[D];东华大学;2008年
6 李中会;磁流变抛光工艺优化及关键技术研究与应用[D];东华大学;2010年
7 尤伟伟;磁流变抛光的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
8 赵华;磁流变抛光试验样机研制及应用研究[D];东华大学;2008年
9 马彦东;KDP晶体的磁流变抛光技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
10 周杭君;超光滑表面磁流变加工原理与实验研究[D];国防科学技术大学;2002年
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