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液体喷射抛光技术

方慧  
【摘要】:液体喷射抛光(Fluid Jet Polishing,简称FJP)技术是近年来刚刚提出的应用于先进光学制造业的新思路与方法。它是利用由小喷管喷出的混有磨料粒子的高速抛光液作用于工件表面,借助于磨料粒子的高速碰撞剪切作用达成材料去除的目的。通过控制液体喷射的压力、方向及驻留时间等量来定量修正被加工件面形的新型光学加工工艺。 较之于传统的拋光技术,液体喷射抛光技术的优点在于:它的加工工具是液体状的,不存在抛光盘的磨损情况,面形精度易于控制;并且由于在加工过程中抛光液不断循环流动,能保证抛光工件温度不变,同时还能自动清除加工下来的碎屑;抛光头是一很小的液体柱,能适合各种形状工件的抛光,抛光特性不受工件上拋光部位位置的影响,像工件局部地区是否适配以及边缘效应等,应用范围较广。 本论文立足于液体喷射抛光技术的基础研究,首先从流体力学出发,利用复位势平面理论,讨论了液体喷射拋光技术抛光液与工件相互作用时抛光液的运动情况,分析了磨料粒子与工件表面碰撞瞬间及碰撞后的相互作用力,得到了磨料粒子与工件表面间存在着以高斯形式分布的冲击作用和以抛光中心为圆心沿径向的横向剪切作用,为研究材料去除机理建立了坚实的理论基础。 随后从实验出发,研究了液体喷射抛光技术的抛光区形状特征及材料去除机理,得到垂直喷射时在抛光区内材料去除量呈W形的环状结构分布的现象,并运用理论予以详细解释,提出了磨料粒子的碰撞剪切作用对材料的去除占主导而直接冲击作用则居于次要地位的结论。 本文还研究了液体喷射抛光技术射流压力、喷射距离、喷射角、作用时间等对材料去除量的影响,给出了各工艺参数与材料去除量的关系曲线图,揭示了它们对材料去除量的影响规律,并给出液体喷射抛光技术喷射距离与喷射角的最佳参数。 液体喷射抛光技术中文提要 最后,从光学元件的表面粗糙度着手,研究了液体喷射抛光技术磨料粒子的 粒度对光学元件表面粗糙度的影响,并通过控制其它参数,得到了在一定射流压 力范围内,利用氧化饰抛光液可以得到比较理想的光学表面,验证了液体喷射抛 光技术用于精密光学制造方面是可行的。 综上,本文研究了液体喷射抛光技术的材料去除机理、各工艺参数对材料去 除量的影响及射流压力和磨料粒子的性质对表面粗糙度的影响,为下一步研究数 控非球面液体喷射抛光技术奠定了坚实的理论和实验基础。


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