小口径非球面光学模具斜轴磨削加工试验研究

小口径非球面光学模具采用超精密斜轴磨削加工避免传统直交磨削法中砂轮轴与工件发生干涉的问题.选用碳化钨和不锈钢材料作为工件,采用斜轴磨削法,对小口径非球面光学模具磨削加工进行试验研究.结果表明:碳化钨模具获得的表面粗糙度和面形精度分别为R_a1 nm和PV 182 nm,不锈钢模具获得的表面粗糙度和面形精度分别为R_a4 nm和PV 304 nm,说明碳化钨模具的磨削效果明显优于不锈钢模具,且磨削后表面质量随工件转速、砂轮转速及砂轮粒度增加而变好,随磨削深度及进给深度增加而变差.     

磁场辅助软质工具游离磨粒抛光工艺研究

在软质工具机械抛光的基础上耦合外置环形磁场的辅助控制,采用混合铁磁性颗粒的硬质游离磨粒作为磨削介质,实现磁场辅助的软质工具游离磨粒抛光加工,并研究该工艺对抛光加工效率和质量的影响.通过抛光轨迹补偿实验,确定合理的轨迹补偿参数,并利用自行开发的轨迹规划软件,生成补偿后的抛光加工轨迹.采用正交实验的方法对多种金属材料的磁场辅助游离磨粒抛光加工过程进行参数优化研究并作对比验证,结果表明:外置的辅助磁场可提高软质工具抛光加工效率,改善工件抛光的表面粗糙度.     

超声电流变复合抛光试验

针对模具微结构光整加工,利用电流变效应对磨料的聚集作用和超声振动对磨料的驱动作用,提出了超声电流变复合抛光工艺.开发了超声电流变复合抛光加工系统.正交试验结果表明超声振动的振幅和施加的电场强度对表面粗糙度的影响最大.通过单因素试验研究了超声电流变复合抛光工艺参数对抛光后表面粗糙度的影响规律.试验结果验证了超声电流变复合抛光工艺可行性,为后续工艺优化和实际应用奠定了基础.     

基于环形磁场励磁的两面磁力抛光试验研究

磁力抛光多数以单面抛光为主,较少有双面同时有效抛光方式.本文提出了基于环形磁场励磁的磁力抛光新工艺,该方法可以同时有效抛光两个表面.通过设计能励磁环形磁场的电磁铁,并进行三维有限元仿真分析,搭建了环形磁场双面抛光装置.利用该平台进行不锈钢两面抛光工艺试验研究,探讨了电流强度、磁极与工件间间隙、主轴转速和抛光时间工艺等参数对表面粗糙度R_a的影响.得出表面粗糙度R_a随着抛光时间、工作间隙、工件转速的增大而减小.设计正交实验方案得出合理的两面磁力抛光工艺参数,并最终取得了具有良好表面粗糙度R_a的两面工件样品.试验证明,该方法可以同时对工件的两个表面进行抛光,两个表面的表面粗糙度R_a由最初0.2μm下降到R_a(S)=0.094μm和R_a(N)=0.068μm.     

碳化硅零件氧化辅助抛光超精密加工的研究现状

通过等离子体氧化、热氧化、电化学氧化在碳化硅基材上获得软质氧化层,利用软磨粒抛光实现氧化物的快速去除,有利于提高材料去除效率、提升加工表面质量。研究发现,通过等离子体氧化辅助抛光,表面粗糙度RMS和Ra分别达到0.626nm和0.480nm;通过热氧化辅助抛光,表面粗糙度RMS和Ra分别达到0.920nm和0.726nm;在电化学氧化中,基于Deal-Grove模型计算得到的氧化速度为5.3nm/s,电化学氧化辅助抛光后的表面粗糙度RMS和Ra分别是4.428nm和3.453nm。氧化辅助抛光有助于烧结碳化硅加工工艺水平的提升,促进碳化硅零件在光学、陶瓷等领域的应用。     

基于CAM的机器人抛光轨迹规划

在快速制造金属模具工艺中,采用工业机器人对具有复杂形状的模具型腔进行抛光加工,开发了基于CAM软件模块的机器人抛光轨迹自动规划系统.该系统利用UG CAM软件中的多轴铣加工功能模块获得型腔的表面信息,然后采用辅助区域驱动法在复杂型腔表面映射生成连续的多轴数控加工轨迹,然后根据抛光工艺要求调节工艺参数,并将多轴数控加工轨迹转化成机器人抛光加工轨迹.实验结果表明,该系统所生成的抛光轨迹可满足面向复杂模具型腔的机器人抛光加工要求.     

镍铬合金钢脉冲电流电化学抛光工艺研究

机械零件的表面质量直接影响其使用寿命.采用电化学机械复合抛光,可以大大提高机械零件的抛光效率,但对于深小孔等抛光工具(磨头)很难深入的小结构,采用此方法工艺上很难实现.脉冲电流电化学抛光可以经济有效地对复杂形状的零件型腔进行抛光.对镍铬合金材料试件进行了脉冲电流电化学抛光的工艺试验,讨论并分析了实验结果,得出了加工参数对表面粗糙度的影响规律,以及各加工参数影响表面粗糙度的经验公式.     

非球面塑料光学透镜收缩变形的数值分析

运用田口实验设计方法,模拟分析不同工艺参数组合下的收缩变形,研究不同工艺参数对非球面塑料光学透镜平均体积收缩率的影响程度.分析结果表明,保压压力、填充时间、熔体温度和浇口尺寸对塑件平均体积收缩率有显著的影响,且影响程度依次降低.正交实验得出其最优化的工艺参数组合:模具温度为45℃、熔体温度为250℃、保压压力为25 M...     

医用钛合金海尔贝克磁场阵列化学磁流变抛光研究

为了提高医用钛合金（TC4）抛光中的精度以及效率,采用基于海尔贝克磁场阵列的化学磁流变抛光方法加工医用钛合金. 利用海尔贝克磁场阵列强化磁场强度,将过氧化氢溶液作为氧化剂来进行抛光加工. 通过仿真模拟对比海尔贝克磁场阵列与常规N-S磁场阵列,改变羰基铁粉的活性来验证实验可行性,研究了加工间隙、主轴转速以及磨粒粒径对工件表面粗糙度以及接触角的影响规律. 结果表明,海尔贝克磁场阵列比常规N-S磁场阵列有更高的磁场强度;采用本文方法抛光的医用钛合金表面粗糙度比单一纯磁流变抛光降低80%;当加工间隙为0.8 mm,主轴转速为400 rad/min,磨粒粒径为1 μm时,可使工件表面达到光滑效果,表面粗糙度最优可达15.5 nm,同时测量出实验组钛合金表面接触角数值多数小于90°. 应用该方法抛光医用钛合金可以得到超光滑表面,表面具有亲水性,符合医用钛合金标准.     

微纳米压印工艺对PMMA流动填充及保真度的影响

采用有限元软件ANSYS进行数值分析及试验验证,研究工艺参数对PMMA流动填充和图形保真度的影响.选取3个相邻的高度不同的微透镜作为分析模型,选择四边形单元,采用映射的方式划分网格,选取模具上表面节点,施加工作压力载荷.分析微透镜阵列的整体压印效果,从是否大面积完全压印、透镜是否完全填充、透镜表面质量(粗糙度等)、缺陷(气泡、裂纹等)等指标进行考察,选出部分较优工艺参数;与较优工艺参数进行交叉比较,选出最优工艺参数;再以该组工艺参数为试验组,进行重复试验,检验工艺参数的可重复性.     

不锈钢微结构电解抛光工艺研究与试验

为提高304不锈钢微结构的电解抛光加工质量,开展了不锈钢的电解抛光工艺分析与试验.首先根据不锈钢在电解抛光液中的极化曲线检测结果分析,选定抛光的电流密度为2.2 A/dm2.其次,设计正交因素分析法试验,研究不锈钢在不同电流密度、温度、抛光时间等工艺参数下电解抛光后的表面质量.试验结果表明:随着电流密度增加,表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;温度及抛光时间对表面粗糙度的影响规律与电流密度类似.在影响表面粗糙度的三个因素中,电流密度影响最大,温度次之,抛光时间最弱.最后,利用最佳电解抛光参数组合,加工出高表面质量的不锈钢微结构.     

硬质合金麻花钻的剪切增稠抛光试验研究

针对硬质合金钻削刀具曲面加工效率低的问题,提出了用剪切增稠抛光（Shear Thickening Polishing, STP）方法实现硬质合金钻削刀具的复杂双螺旋曲面的低成本、高效率整体高质量抛光加工. 配制具备剪切增稠特性的非牛顿抛光流体,使用MCR302旋转流变仪测试其流变特性. 基于剪切增稠抛光液的流变特性,对硬质合金麻花钻的刃背、刃带和螺旋槽曲面进行整体抛光. 采用控制变量法分析抛光槽转速和工件转速对硬质合金麻花钻表面粗糙度与材料去除率的影响规律. 试验结果表明,加工后的麻花钻整体表面粗糙度随抛光槽转速的增大先减小再增大,在抛光槽转速为90 r/min时,加工效果最好. 随着工件转速的增加,其整体表面粗糙度先减小后基本不变或略有增加,在工件转速为3 500 r/min时,加工效果最好. 麻花钻材料去除率与抛光槽转速及工件转速呈正相关. 在较优加工参数抛光槽转速90 r/min、工件转速3 500 r/min下,麻花钻经STP 60 min后,其刃背、刃带和螺旋槽表面粗糙度分别从原始的310 nm、450 nm、270 nm降低至10 nm、243 nm、15 nm,刃背和螺旋槽磨削痕迹几乎消失,螺旋槽刃口处缺陷明显减少.     

连续进动气囊抛光材料去除特性研究

为提高和调控模具自由曲面的加工效率与质量,提出了机器人辅助连续进动气囊抛光方法;运用运动学原理,推导了行切法加工方式下的切向速度数学模型;基于Preston方程,建立了连续进动气囊抛光材料去除模型;通过MATLAB仿真技术,分析了其它工艺参数一定的条件下,进给速度和叠加次数对气囊抛光切削方向分布和材料去除特性的影响;以材料快速均匀去除为目标,获得了优化进给速度v=0.7mm/s和叠加次数n=3.最后,通过机器人辅助气囊抛光系统,进行了试验对比验证,与仿真结果吻合,证实了连续进动气囊抛光方法应用于模具自由曲面抛光的有效性.     

磁流变抛光光学非球面元件表面误差的评价

正确评价抛光后光学非球面元件表面面形的波前畸变是确保实现光学非球面元件超精密制造的关键。该文提出了结合功率谱密度法和残余误差法并考虑非球面元件表面中频误差的综合评价方法。将提出的综合评价标准应用到磁流变数控抛光过程中,进一步明确了表面残余误差与抛光工艺参数之间的关系,建立了有效消除表面残余误差的抛光工艺规范。按照这一工艺规范制造出一块抛物面光学反射镜,其面形精度达到λ/30(λ=0.6328μm),残余误差为3λ/1000。该方法可为深入开展高精度磁流变抛光技术研究提供参考。     

回转对称微结构光学模具的超精密切削B轴旋转加工工艺

为避免回转对称微结构光学模具加工中产生的毛刺、尖角缺损及表面划痕,提出一种基于超精密切削的B轴旋转加工工艺。通过实验研究加工路径、切削速度、B轴旋转速度及切深等影响微模具面形精度和表面质量的主要因素,优化切削轨迹规划与加工参数,开展了2种微结构模具的加工实验,得到尺寸精度小于1.4μm、表面粗糙度小于14nm的结构完整性较好、表面无划痕的模具。实验结果验证了回转对称微结构光学模具B轴旋转加工工艺的可行性。     

光学非球面元件机器人柔性抛光技术

计算机控制光学表面成型技术在光学元件冷加工中占据重要的地位,是对平面及非球面光学元件进行最后阶段修整抛光的必要手段.现有的计算机控制光学表面成型技术大都基于数控机床来进行.随着机器人技术的发展和广泛应用,将机器人引入到光学元件数控加工领域是一种新的有效尝试.因此,对一种基于机器人的光学非球面柔性抛光技术进行了运动学分析,并建立了控制模型,利用控制模型进行工件加工,获得了较好的加工效果.     

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.     

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。     

软质印章石抛光工艺

为了提升软质印章石的加工质量,在不同型号砂纸和溶胶-凝胶(SG)抛光膜上磨抛巴林石、高山石、芙蓉石3种印章石,探讨研磨盘和载物盘的转动方向、转速,加工压力,加工时间等工艺参数及工艺路线,并确定每道工序的最大光泽度值,以及印章石表面形貌和粗糙度之间的关系.结果表明:最终优化工艺的研磨盘、载物盘分别以300,120 r·min^-1同向转动,加工压力为15 MPa;最佳工艺路线是通过在400#砂纸半精磨、在2 000#砂纸的精磨和在SG抛光膜上抛光,使印章石表面光泽度达到50以上,粗糙度在100 nm左右,表面形貌在放大100倍时无明显划痕.     

环氧树脂浇注模具抛光技术

目前高压电器对浇注绝缘类环氧树脂浇注成型模具的质量和寿命要求很高,其中模具的型腔尺寸精度和表面粗糙度已成为决定市场竞争成败的首要因素。提出了环氧树脂浇注模具抛光相关工艺方法,表面粗糙度可完全达到设计技术要求,并且成本低,经济效益好,可为同类型零件加工提供参考。