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】：隨著科學技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代光學系統(tǒng)對光學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用越來越廣泛。一直以來非球面鏡的制造技術(shù)是光學制造的難點和熱點。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,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加工技術(shù),可以克服傳統(tǒng)加工這些缺點,是非球面加工理想手段。磁流變拋光技術(shù)實現(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行了深入研究,并利用研究成果對一塊非球面鏡進行了實際加工。本文主要研究內(nèi)容:1.高性能磁流變拋光液的研制及性能測試通過對固體顆粒分散機理的研究,結(jié)合實際光學加工的需求,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平臺,并利用檢測設備對液體的零磁場粘度、分散特性、流變特性進行了檢測,驗證所配制磁流變拋光液具有較低的零磁場粘度、良好抗沉降性和流變性,滿足拋光需求。最后,對磁流變拋光液的性能進行優(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)形式磁流變拋光設備的優(yōu)缺點,基于自主研發(fā)的倒置式磁流變拋光設備,結(jié)合實際加工中對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)通過檢測循環(huán)光路中沿程壓實現(xiàn)對拋光過程中液體粘度的實時監(jiān)控,并對液體成分進行實時補給,通過冷卻水循環(huán)控制液體溫度。同時,研究了拋光過程中溫度和粘度變化對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)定性實驗驗證了磁流變拋光液的拋光穩(wěn)定性和循環(huán)控制系統(tǒng)的準確可靠性。3.主要工藝參數(shù)對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)變化了對加工過程中工件所受力的影響,同時分析了工藝參數(shù)變化對去除函數(shù)的影響,并比較了幾種參數(shù)變化對加工兩種材料影響的異同。最后,研究了正壓力和壓強以及剪切力和剪切應力與材料去除效率的關(guān)系。4.非球面的實際加工研究了應用磁流變拋光RB-Si C的材料去除機理,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備對一塊非球面RB-Si C反射鏡進行了實際加工,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,對硅改性后的表面進行了拋光,拋光后面形精度(RMS)達到λ/50(λ=632.8nm)。本文對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)因素進行了深入研究。針對實際工程中常用材料,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),并成功應用于非球面光學元件的實際加工,取得了理想效果。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O439

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