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传统的光学零件加工方法效率低下、加工质量不易控制,难以适应社会发展的需求。磁流变抛光技术(MRF)是近年来兴起的一种先进光学制造技术,它将电磁学、流体动力学、分析化学等学科理论与机械加工理论相结合,加工过程可以有效控制材料去除,提高材料去除效率、表面加工质量,降低工件亚表面层损伤。
本文基于磁流变研抛技术加工原理,利用磁性体集群效应产生的磁场对磁流变液中磁性粒子进行控制,进而约束磨料的运动轨迹,加工行为,提高加工效率。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.在前期研究工作基础上,对研磨盘结构进行了改进,设计上、下铸铁研磨盘及铝制研磨盘,使研磨盘面加工区域磁场强度调节范围进一步增大,盘面磁场强度稳定性增强,满足集群磁流变效应研磨加工要求。
2.采用集群磁流变效应研磨盘与传统加工方法进行对比加工试验,以研磨去除效率和表面粗糙度为考核指标,应用磁流变效应研磨加工方法能有效提高研磨加工效率,表面粗糙度略有提高。分析了集群磁流变效应研磨加工过程中主要工艺参数(磁场强度、羰基铁粉浓度、磨料浓度、研磨盘的转速等)对研磨加工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。
3.对不同类型材料进行加工试验,探索不同材料在应用集群磁流变效应加工方式的加工效果,分析探索不同材料在集群磁流变效应加工的特性,为磁流变效应加工方法拓宽应用范围。
4.进行了磁流变效应抛光加工试验,在应用磁流变效应加工方法有效提高加工效率基础上提高表面质量。分析了集群磁流变效应抛光加工过程中主要工艺参数(羰基铁粉浓度、磨料种类、磨料粒度以及抛光加工间隙)对抛光加工去除效率和表面粗糙度的影响规律,获得1.4nm的超光滑表面质量,有效提高加工过程工件表面质量。
5.提出了集群磁流变效应平面研抛加工的材料去除模型,其加工特征介于游离磨料和固着磨料研磨抛光之间,兼具传统游离磨料研磨抛光加工的高精度和固着磨料研磨抛光加工的高效率的优点。磁流变抛光加工形成的具有高剪切应力的粘弹性磁垫层有效提高工件表面精度,降低工件亚表面损伤。