Viscosity behavior of magnetic suspensions in fluid-assisted finishing

Magnetic fluid-assisted finishing has been verified both theoretically and experimentally as an effective fabrication technology for optical mirrors and lenses. The purpose of this paper is to introduce a novel design of polishing tool and demonstrate the possible applications of this technology. The work includes studying the viscosity of the magnetic suspensions of micrometer-sized Carbonyl iron particles under the influence of a magnetic field. Both the cases of magnetizable suspension with and without abrasive cerium oxide particles are studied for their ensuing polishing effectiveness. Determination of material removal function is conducted using a Wyko Nat1100 interferometer. Experiments to reduce surface roughness with the proposed tool are also performed using a K9 mirror as the work-piece. Results show that the surface accuracy is improved over three times to less than 0.5 nm after two cycles of polishing.     

Viscosity behavior of magnetic suspensions in fluid-assisted finishing

Magnetic fluid-assisted finishing has been verified both theoretically and experimentally as an effective fabrication technology for optical mirrors and lenses. The purpose of this paper is to introduce a novel design of polishing tool and demonstrate the possible applications of this technology. The work includes studying the viscosity of the magnetic suspensions of micrometer-sized Carbonyl iron particles under the influence of a magnetic field. Both the cases of magnetizable suspension with and without abrasive cerium oxide particles are studied for their ensuing polishing effectiveness. Determination of material removal function is conducted using a Wyko Nat1100 interferometer. Experiments to reduce surface roughness with the proposed tool are also performed using a K9 mirror as the work-piece. Results show that the surface accuracy is improved over three times to less than 0.5 nm after two cycles of polishing.     

磁流变抛光头形状对加工表面粗糙度的影响

设计了4种不同形状的抛光头,并使用自制的磁流变抛光液体在三轴数控铣床上对K9平面玻璃进行了磁流变抛光工艺试验.分析了在不同的磁场强度、磁极转速,加工间隙等多种情况下抛光头形状对加工表面粗糙度的影响.试验结果表明:槽型平面抛光头的抛光效果最好;同等条件下,在抛光头上开槽能有效地提高加工效率和加工质量.     

磁性复合流体的深孔抛光工艺试验研究

针对深孔零件光整加工技术的难题,提出了基于针式抛光头的磁性复合流体（MCF）深孔抛光的加工方法。首先利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立不同的永磁铁磁场组合模型,根据仿真结果设计磁场分布均匀且强度较强的针式抛光头;再建立MCF深孔抛光的磁流场耦合模型,分析MCF的流动特性;以黄铜H62的深孔零件为加工对象,进行磁性复合流体的深孔抛光工艺试验研究。仿真结果与试验结果吻合,结果表明,当针式抛光头采用纵向单列磁芯结构,转速为800 r/min,抛光间隙为3 mm,羟基铁粉粒径为48 μm时,表面粗糙度为0.13 μm,材料去除率为0.025 mg/min,从而获得了最理想的MCF深孔抛光效果。     

磁性复合抛光体配制及其抛光性能试验研究

介绍一种新的磁性复合抛光体（MPT）的配制及检测方法．新的磁性抛光体是将磁性复合流体和磨粒、植物纤维素均匀混合,通过外加磁场压缩制成的,在磁场作用下为半固态．MPT的主要成分及规格：煤油基纳米直径Fe3O4的磁流体（MF）、微米级直径的铁粉、微米级直径的纯Al2O3磨粒．对几种混合比例的MPT分别进行了SEM的显微观察和抛光作用力的三维检测,在给定压力下对MPT的剪切力和抛光性能进行了试验．结果表明：磁性复合抛光体的配比影响着MPT最大剪切力,具有承受剪切力大的磁性抛光体的抛光效果较好．该研究为复杂曲面的高效、高质量抛光提供了应用依据．     

具有公自转运动形式的可更新磁流变抛光工具

在光学自由曲面的成形抛光加工当中,加工去除的稳定性对工件加工质量具有重要的影响,而抛光液的更新是保证去除稳定的关键。该文提出了一种具有公自转运动形式的可更新磁流变抛光工具,能够完成磁流变抛光液内部磁链的重组更新,使得加工去除稳定。针对此抛光工具,使用刚体润滑理论获得理论去除轮廓,通过实验获得其在单自转状态下的去除轮廓,与理论分析吻合。峰值去除量时间的实验表明,该抛光头的去除效果受时间的影响很小,抛光去除稳定。     

微沟槽周期结构表面的磁性复合流体微纳光整研究及实验教学装置应用

针对磁性复合流体黏度可控的特性,研究一种微纳沟槽表面可控抛光加工方法及工艺,实现低成本、可控微纳结构表面加工技术,并将其应用于微纳加工实验教学。采用磁性复合流体作为抛光液,设计端面式和圆周面式两种磁性复合流体抛光机构;根据周期性微米级沟槽表面结构特点,采用圆周面式磁性复合流体抛光机构进行微结构表面抛光加工实验;设计加工工艺,通过实验对比微沟槽周期结构表面加工效果,验证了实验装置及微结构可控抛光加工方法的有效性,实现微沟槽周期结构表面材料可控去除加工。该装置结构紧凑,使用与维护成本低,有效填补面向机械专业制造类课程的微纳加工实验教学装置技术空白。     

TC4钛合金磁流变抛光的磁感应强度分布及参数

使用磁流变抛光技术对钛合金进行抛光,为了获得更好的表面质量,分别对磁感应强度分布、磁流变液和抛光参数进行了研究。首先,优化了加工区域的磁感应强度分布,通过在加工区域添加两块铁板,磁感应强度分布变得均匀,从而提高抛光后钛合金工件的表面质量。其次,分析了磁流变液的组成,即基液、磨粒类型以及磁性粒子和磨粒的质量占比对工件表面粗糙度的影响。随后,研究了四个基本抛光参数,即磨粒目数、工件转速、磁感应强度和抛光时间,找出这些参数对表面质量的影响规律。采用响应面法获得了工件表面粗糙度变化率的模型,并进行了方差分析以检查模型的显著性。最后,找出最优的抛光参数并对其进行了实验验证。     

超声振动辅助抛光BK7过程中聚氨酯抛光垫磨损行为

抛光光学玻璃等硬脆材料时常选用聚氨酯抛光垫,其微观形貌和磨损直接影响抛光精度和效率.本文对不同抛光时长下聚氨酯抛光垫微观形貌和磨损行为及其对材料去除率和表面粗糙度的影响进行了实验研究.结果表明：当主轴转速为8 000 r/min,进给速度为0.015 0 mm/s,轴向超声振幅为5μm时,材料去除率和表面粗糙度分别为0.977μm/min和153.67 nm.聚氨酯抛光垫在30 min内磨损量较小,随着抛光时长的增加,抛光垫表面孔隙逐渐被磨粒和玻璃碎屑填充,破坏抛光垫表面的疏松多孔结构,导致抛光垫表面硬化,失去弹性.同时,侵入抛光垫表面的磨粒会阻止抛光接触区域内的磨粒更新,导致抛光质量降低.     

Surface roughness and removal rate in magnetorheological finishing of a subsurface damage free surface

Based on computer-controlled optical surfacing, a new technique called magnetorheological finishing (MRF), is presented. The new technique combines the features of conventional loose abrasive machining with a wheel shaped polishing tool. The tool incorporates a host of features and has unprecedented fabricating versatility. The pre-polishing and fine polishing processes can be performed only by adjusting different parameters. The material removal function is studied theoretically and the results of simulation present a Gaussian distribution feature. Based on the established theoretical model, material removal rate experiments involving a parabolic mirror are designed and carried out to determine the effect of controllable parameters on size of the gap between the workpiece and the polishing wheel, rotating speed of the polishing wheel, concentration of volume fraction of non-magnetic particles and polishing time. Further experiments are carried out on the surface microstructure of the workpiece, the final surface roughness with an initial value of 10.98 nm reaches 1.22 nm root mean square (RMS) after 20 min of polishing. The subsurface damage experiment and the atomic force microscopy (AFM) measurement on the polished surface can also verify the feasibility of the MRF technique.     

Surface roughness and removal rate in magnetorheological finishing of a subsurface damage free surface

Asphericalopticalcomponentsareimportantin modernopticalsystems[1].Thereexistmanytypesof aspheres.Thecommonlyusedonesincludeparabola,ellipsoid,etc.[2]Recently,increasingrequirements forasphericalopticalcomponents(e.g.forlithogra phy)togetherwithgrowingfieldsoftheirapplication(e.g.conformalandfreeformoptics)resultina strongneedforopticalfinishingmethodsthatcanbe appliedlocallytopolishcomplexshapedaspheresin brittlematerials(e.g.glass)[3].However,making high precisionaspheresisstillprimarilyanard…     

光学元件磁性复合流体抛光特性研究

采用磁性复合流体(MCF)对BK7玻璃进行定点抛光实验,对抛光斑进行三维模型重构,并对磁场空间分布进行仿真与实验分析,阐明抛光材料去除机理,确定材料去除率、表面粗糙度及硬度随抛光时间的变化规律,建立了材料去除量与磁通密度的关系曲线。实验结果表明:抛光形成的抛光斑表面轮廓为蝶形,其沿抛光轮轴向的截面轮廓呈"W"形;材料去除量与磁场强弱及抛光时间密切相关,抛光深度去除率最高可达553 nm/min;表面粗糙度随抛光时间的增加先上升后下降,MCF抛光可获得表面粗糙度Ra6 nm的光滑表面,且粗糙度与硬度呈现一定的正相关关系。     

超精密气囊工具抛光方法的研究

针对气囊数控抛光获得高精密非球曲面零件的方法,分析了气囊抛光实验样机的结构、运动控制系统组成、柔性气囊的构成以及气囊进动运动方式和气囊抛光的加工原理.研究了气囊抛光工艺扩展可行性以及抛光过程中控制工件面形、表面质量和处理边缘效应的方法.研究表明气囊抛光工艺具有可扩展性.在试制的实验样机上进行了工艺参数综合实验,实验结果表明:利用气囊抛光方法可以加工出超精密光滑的表面,该方法是加工和制造超精密光学表面的有效方法.     

非球面件数控研抛力、研抛工具位置和姿态解耦技术

为解决非球面自动研抛系统中普遍存在的研抛力-研抛工具的位置-研抛工具的姿态(以下简称力-位-姿)相互耦合问题,提出一种基于磁流变力矩伺服装置(MRT)的非球面数控研抛力-位-姿解耦技术。基于Hertz接触理论和摩擦学原理,分析研抛过程中的力-位-姿耦合机理,建立了耦合模型。阐述基于MRT的数控研抛力-位-姿解耦原理,开发相应的实验研究系统,建立系统研抛力模型。规划了研抛工具的路径。试验得到0.025 μm粗糙度的镜面表面。试验表明该技术能独立、主动、实时地控制研抛过程中的研抛力、研抛工具的位置和姿态。     

Magnetic Electrochemical Finishing Machining

How to improve the finishing efficiency and surface roughness have been all along the objective of research in electrochemical polishing. However, the research activity, i.e. during electrochemical polishing, directly introduce the magnetic field to study how the magnetic field influences on the finishing efficiency, quality and the electrochemical process in the field of finishing machining technology, is insufficient. When introducing additional magnetic field in the traditional electrochemical pol...     

磁场作用于工艺系统对切削过程影响的试验

通过试验研究磁场作用于工艺系统对切削力、刀具磨损、系统稳定性及加工精度的影响，根据切削区摩擦系数的对比试验和磁畴理论分析了磁场对刀具刃磨后表面残余应力的影响。对其机理进行了探讨。研究表明，磁场作用结果使刀具磨损减小、切削力降低、工艺系统稳定、加工精度提高。     

蓝宝石衬底铜抛-CMP加工技术

针对蓝宝石衬底超精密加工存在的抛光表面不稳定问题,对蓝宝石衬底铜抛-化学机械抛光(CMP)加工技术进行研究,系统探讨铜抛与CMP的抛光压力、转速和抛光时间对蓝宝石衬底表面质量及加工效率的影响.综合评价各表面质量指标,结果表明:在满足表面质量对抛光工艺要求的前提下,采用铜抛的最佳工艺参数为铜抛压力98.0 kPa,转速55 r·min^-1,铜抛时间30 min;化学机械抛光的最佳工艺参数为抛光压力215.6 kPa,转速60 r·min^-1,抛光时间120 min,由此可获得高质量、无损伤的蓝宝石衬底抛光表面.     

模具曲面机器人抛光工艺过程的建模与仿真

在PUMA－562型机器人上开发了具曲面自动光实验系统,分析了三维模具曲面抛光过程中影响抛光效果的主要工艺参数,提出以等效半径来表征抛光工具与模具曲面的空间相对位置,并利用多元线性回归和正交实验的方法建立了模具曲面抛光工艺过程的模型,仿真和实验结果表明该模型综合反映了抛光工艺参数对抛光效果的影响规律,为模具曲面智能抛光系统的开发奠定了基础。     

磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光性能

磨粒和抛光垫为化学机械抛光(CMP)提供了重要的机械磨削作用。为了探讨磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光的磨削作用,研究了不同种类磨粒和抛光垫对材料去除率和表面形貌的影响。结果表明：在pH=12-13时,氧化铝抛光液去除率(MRR)为910nm/min,远大于二氧化硅与氧化铈抛光液,且获得较为理想光滑表面。3种不同抛光垫抛光后的铝合金表面,呢子抛光垫表面将不会出现划痕与腐蚀点,表面粗糙度较低为10.9nm。随着氧化铝浓度的增加,材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)均增加。当氧化铝含量为4wt%时,抛光垫使用呢子抛光垫适宜铝合金化学机械抛光,在获得高去除率的同时铝合金表面精度高。     

电解抛光技术在电子背散射衍射分析中的应用

电解抛光技术是一种简便易行的表面加工技术,获得试样的表面粗糙度低,光亮度高,常用于电子背散射衍射技术测试试样的最终处理。文章在对电解抛光原理分析和加工工艺的选择和调整的基础上,分别对TRIP钢和钛合金试样进行电解抛光工艺,试样表面满足电子背散射衍射技术的要求。文章对相关的试样制备具有很好的借鉴作用。