本文關(guān)鍵詞：磁流變拋光液的研制及去除函數(shù)穩(wěn)定性研究

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【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光學(xué)元件的面形精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求,尤其是高精度非球面鏡的應(yīng)用越來越廣泛。一直以來非球面鏡的制造技術(shù)是光學(xué)制造的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的加工方法在加工過程中存在磨頭老化、磨頭與工件的吻合差、去除函數(shù)不穩(wěn)定等缺點(diǎn),造成加工過程不易控制,加工效率較低,很難獲得高精度非球面。磁流變拋光技術(shù)作為新一代高確定性光學(xué)加工技術(shù),可以克服傳統(tǒng)加工這些缺點(diǎn),是非球面加工理想手段。磁流變拋光技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效率確定性加工的關(guān)鍵在于確保加工過程中去除函數(shù)的高效和穩(wěn)定性。去除函數(shù)的高效的穩(wěn)定性主要取決于三方面因素,一是磁流變拋光液的性能;二是循環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性;三是加工參數(shù)選擇的合理性。因此,本文圍繞這三方面進(jìn)行了深入研究,并利用研究成果對(duì)一塊非球面鏡進(jìn)行了實(shí)際加工。本文主要研究?jī)?nèi)容:1.高性能磁流變拋光液的研制及性能測(cè)試通過對(duì)固體顆粒分散機(jī)理的研究,結(jié)合實(shí)際光學(xué)加工的需求,研制了性能優(yōu)良的磁流變拋光液,提出了磁流變拋光液的配制流程,建立磁流變拋光液性能檢測(cè)平臺(tái),并利用檢測(cè)設(shè)備對(duì)液體的零磁場(chǎng)粘度、分散特性、流變特性進(jìn)行了檢測(cè),驗(yàn)證所配制磁流變拋光液具有較低的零磁場(chǎng)粘度、良好抗沉降性和流變性,滿足拋光需求。最后,對(duì)磁流變拋光液的性能進(jìn)行優(yōu)化,將磁流變拋光液配制成絮凝體系,提高了拋光液的去除效率并獲得了形狀理想的去除函數(shù)。2.磁流變拋光循環(huán)控制系統(tǒng)及其對(duì)去除函數(shù)的影響討論了幾種結(jié)構(gòu)形式磁流變拋光設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn),基于自主研發(fā)的倒置式磁流變拋光設(shè)備,結(jié)合實(shí)際加工中對(duì)液體控制和加工后液體的清理等方面要求,構(gòu)建了磁流變拋光的液體循環(huán)和成分控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過檢測(cè)循環(huán)光路中沿程壓實(shí)現(xiàn)對(duì)拋光過程中液體粘度的實(shí)時(shí)監(jiān)控,并對(duì)液體成分進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)給,通過冷卻水循環(huán)控制液體溫度。同時(shí),研究了拋光過程中溫度和粘度變化對(duì)拋光液流量和去除函數(shù)的影響。最后,利用去除函數(shù)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了磁流變拋光液的拋光穩(wěn)定性和循環(huán)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確可靠性。3.主要工藝參數(shù)對(duì)工件受力和去除函數(shù)的影響選擇了兩種工程中常用的材料BK7玻璃和RB-Si C,通過KISTLER力傳感器研究了主要工藝參數(shù)變化了對(duì)加工過程中工件所受力的影響,同時(shí)分析了工藝參數(shù)變化對(duì)去除函數(shù)的影響,并比較了幾種參數(shù)變化對(duì)加工兩種材料影響的異同。最后,研究了正壓力和壓強(qiáng)以及剪切力和剪切應(yīng)力與材料去除效率的關(guān)系。4.非球面的實(shí)際加工研究了應(yīng)用磁流變拋光RB-Si C的材料去除機(jī)理,并分析了拋光后表面粗糙度。利用自主研制的磁流變拋光液和拋光設(shè)備對(duì)一塊非球面RB-Si C反射鏡進(jìn)行了實(shí)際加工,加工后滿足了改性前的面形和表面粗糙度的要求。研制了適用于硅改性層拋光的磁流變拋光液,分析了拋光粉含量的變化對(duì)去除函數(shù)的影響。通過去選擇去除效率高和去除效率較低的兩種拋光液,對(duì)硅改性后的表面進(jìn)行了拋光,拋光后面形精度(RMS)達(dá)到λ/50(λ=632.8nm)。本文對(duì)磁流變拋光液體的配制和影響去除函數(shù)穩(wěn)定性有關(guān)因素進(jìn)行了深入研究。針對(duì)實(shí)際工程中常用材料,分別研制性能優(yōu)良的水基磁流變拋光液,并建立了磁流變拋光液的循環(huán)控制系統(tǒng),保證加工過程中去除函數(shù)穩(wěn)定。分析了主要工藝參數(shù)對(duì)去除函數(shù)的影響,通過選擇合理的工藝參數(shù),獲得高效穩(wěn)定的去除函數(shù),并成功應(yīng)用于非球面光學(xué)元件的實(shí)際加工,取得了理想效果。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O439

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