机器人气囊抛光SiC光学元件加工特性研究

针对碳化硅光学元件已有的化学机械抛光、磁流变抛光、电化学抛光和催化剂辅助抛光等方式存在材料去除率低、成本高等问题,提出机器人气囊抛光方法,并对气囊抛光特性、抛光头机械结构进行了研究。首先基于Preston理论和赫兹接触理论以及速度分析建立了材料理论去除模型,并对去除函数进行了仿真,再此基础上设计了气囊抛光磨头装置。然后对非球面碳化硅元件开展了单点和多点抛光,实验验证了去除函数的精确性和稳定性。最后通过粗抛和精抛进行加工应用验证,实验结果表明,所提出方法能够有效实现碳化硅光学元件抛光,并且去除函数精度高稳定性强,通过3个周期的粗抛、4个周期的精抛,面形收敛率分别为69.4%、51.9%,且收敛速度快、加工精度高。     

光学元件气囊抛光去除效率影响因素研究

基于Preston方程分析了气囊抛光特性,确定去除函数的三个重要特征,即抛光斑尺寸、形状以及去除量,得到影响光学元件气囊抛光材料去除效率的主要参数.通过定点抛光实验,分析气囊充气压强、压缩量、主轴转速对BK7光学元件去除函数和材料去除效率的影响.结果表明:充气压强与压缩量对于气囊抛光去除函数的形状影响较大,去除效率随气囊充气压强增大先升高到2.08mm3/min后逐渐降低然后又升高,压缩量与气囊转速的提高增大了材料的去除效率,分别可以达到6.84mm3/min和5.04mm3/min.     

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.     

气囊抛光曲面光学零件工艺参数对抛光区特征影响的研究

首先介绍了气囊抛光的原理,然后在自行研制的气囊抛光实验样机上,对曲面光学零件进行了抛光实验,研究了进动角、气囊压缩量、气囊内部压力、气囊转速以及工件的曲率半径几个重要的工艺参数对球面光学玻璃抛光区影响情况,总结了各工艺参数对抛光区的影响规律,给出了曲面光学零件工艺参数合理的抛光区取值范围.     

单晶硅片化学机械抛光材料去除特性

根据化学机械抛光(CMP)过程中硅片表面材料的磨损行为,建立了硅片CMP时的材料去除率模型,设计了不同成分的抛光液并进行了材料去除率实验,得出了机械、化学及其交互作用所引起的材料去除率.结果表明,磨粒的机械作用是化学机械抛光中的主要机械作用,磨粒的机械作用与抛光液的化学作用交互引起的材料去除率是主要的材料去除率.     

换能器阵列型超声抛光机理及声场仿真和实验研究

为了提高工件表面抛光质量和抛光效率,对传统非接触式超声振动抛光进行了改进,将单个换能器换成换能器阵列,同时加入料筐的旋转运动,设计了实验样机。分析了超声抛光的材料去除机理,推导出单颗磨粒去除材料体积和磨粒振动速度的表达式。利用COMSOL对样机抛光槽内液体进行声场仿真,研究了换能器个数、换能器布置间距、换能器输入电压对抛光液声场分布的影响,优化了抛光槽底部换能器的布置方式,仿真结果显示,换能器个数为4个、布置间距为55mm时,抛光槽中心区域声压分布更加均匀。实验探究了样机料筐转速、抛光时间、换能器输入电压对工件表面抛光质量的影响规律,确定了工件表面抛光效果最佳时的工艺参数组合,结果表明:料筐转速为50r/min、抛光时间为80min、换能器输入电压为150V时,抛光效果最好,此时工件表面粗糙度减小量为0.019μm,表面粗糙度变化率为33.33%。     

空间目标进动特性及在雷达识别中的应用

针对弹道导弹防御系统中弹头目标的自旋特性,建立了锥体目标的进动数学模型,并基于进动参数推导出反映目标质量特性的特征量.通过对锥体目标RCS回波数据进行多项式拟合来估计进动参数,以此为弹道导弹目标雷达识别提供可靠的技术途径.实验结果表明在低信噪比、考虑目标平动条件下算法能够有效估计出目标的章动角.     

充气囊体材料撕裂及破裂后流场特性研究

通过实验的方法对囊体材料的撕裂特性和加强筋的止裂效果进行了初步的研究,并以飞艇为例利用数值模拟研究了囊体材料局部破裂后,破口处气体外泄的非定常流场结构及其演变过程.结果表明:囊体破裂后,裂纹快速扩展,通过合理地设计加强筋的强度和布局,并保证加强筋与囊体材料粘结牢固,可以起到良好的止裂效果;破口形成后,由于飞艇内外稀疏波和压缩波的作用,流场处于强烈的非定常状态,气体外泄的速度远小于裂纹的扩展速度,飞艇泻压所需时间和破口的尺寸有很大的关系,稀疏波在飞艇内的传播情况直接影响了泻压后内部压力的分布,稀疏波反射次数越多,压力分布越均匀.     

弹道中段进动目标动态RCS仿真研究

为计算弹道中段进动锥体目标的动态RCS,根据中段弹道目标的运动学特性,利用椭圆弹道理论仿真计算出了中段弹道;同时根据导弹与雷达的空间几何关系,求得弹头实时视角值。然后利用高频区理论计算方法计算出弹道中段进动目标的实时RCS值。仿真结果与理论分析相比较,证明了所提方法的有效性。     

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。     

铜化学机械抛光材料去除机理的准连续介质法研究

采用准连续介质力学方法研究了铜化学机械抛光过程的机械作用材料去除机理.模拟了不同大小磨粒在单晶铜工件上的磨削过程,分析了切削过程中工件内部材料变形、切屑的形成以及工件内部应力分布和切削力变化.研究结果表明,工件内部材料沿着与切削方向约45°变形形成剪切带,在剪切带区域伴随有位错、滑移等现象产生.磨粒较小时加工后的表面质量较差,磨粒较大时加工质量较好,但会造成工件内部较大的塑性变形与更深的残余应力分布.磨粒尺寸变化对于切向切削力影响不大.     

基于单分子层去除机理的芯片化学机械抛光材料去除模型

基于单分子层材料的去除机理,应用微观接触力学和概率统计方法建立了化学机械抛光(CMP)及材料去除的数学物理模型.模型揭示了材料的去除率和磨粒的大小、浓度呈非线性关系,而且模型预测结果与已有的试验数据相吻合,为进一步研究磨粒对CMP材料去除的影响提供了新的研究视角.     

PDC刀具的刃磨与材料去除机理研究

分别采用固结磨粒刃磨与游离磨粒刃磨的方法对PDC(Polycrystalline Diamond Compact)刀具进行了刃磨试验,利用扫描电镜观察了采用2种不同方法刃磨的PDC刀具刃口形貌,发现固结磨粒刃磨时容易出现刃口崩刃现象,而游离磨粒刃磨则获得了较高的刃磨品质.基于PDC刀具材料本身的物理与力学性能以及2种刃磨方法各自的特点,探讨了影响PDC刀具刃磨品质的主要因素,并针对游离磨粒刃磨的特点,提出了脆性材料的游离磨粒滚动去除机制.     

环形抛光盘几何参数对去除函数的影响

为获得与理想去除函数更为接近的去除函数,采用中心开孔的环形抛光盘作为抛光工具,推导环形抛光盘在行星运动方式下的去除函数模型,探究环形抛光盘偏心率m及中心孔径r1对去除函数形状及误差修正能力的影响。研究表明:当0<06时,去除函数的中心区域出现较大程度的“凹陷”,不具备理想去除函数特性;中心开孔孔径r1主要影响去除函数的峰值区域大小及边缘去除量,随着r1增大,去除函数中心峰值区域越窄,边缘去除量减小,去除函数呈现出“脉冲特性”,有利于中频误差的修正;与应用较为广泛的圆形抛光盘去除函数相比,在相同偏心率m下,环形抛光盘的中频误差控制能力优于圆形抛光盘。>     

基于抛料机轴-圆盘转动机构的研究

根据弹性体系的振动理论,针对轴系偏心引起的抛料机不能正常运行的问题进行了研究.以离心力对轴系的动载荷所引起轴的挠度为出发点,对轴的弯曲变形、轴系的弹性系数、轴系自振频率等进行了理论分析和计算,确定了轴系设计的各主要参数,并进行了轴系的强度校核,解决了轴系偏心问题,确保了抛料机的正常工作.     

一致连续偏序集的特征和浓度

利用连续格理论讨论了一致连续偏序集的特征和浓度,证明了一致连续偏序集的特征和浓度与一致连续偏序集带上Scott拓扑时的拓扑空间的特征和浓度相等,它们分别小于一致连续偏序集带上Law-son拓扑时拓扑空间的特征和浓度.     

高性能陶瓷材料研磨抛光机设计

抽水马桶排水阀的密封环普遍采用的是橡胶材料,随着使用时间的延长或在寒冷地带使用,将会出现硬化、老化现象,从而使密封失效,造成漏水现象.陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、抗高温等特点,更适于制作密封环.但其加工工艺及其复杂,成品率较低,且无法大批量生产.研制一种成熟的可批量生产的陶瓷材料研磨抛光机,可大大提高其密封可靠性,降低使用成本,推动陶瓷密封环在工业和民用流体管道上的广泛应用,并在市场中占据有利地位.     

带浮囊的小型漂浮平台横摇幅值分析

为了完成海洋环境中的局部信息探测与海域封锁,提出了一种小型便携式水面无人漂浮平台,该漂浮平台由漂浮装置和主平台通过铰链连接组成,主平台通过测量自身角度进行平衡稳定,柔性连接的漂浮装置对平台提供漂浮浮力和初级减摇稳定。针对小尺寸漂浮平台的柔性连接方式,提出了一种将系统的柔性连接简化为摇荡回复力矩的仿真方法,采用三维势流面元法,分析了平台在三级海浪下的横摇运动响应因子和横摇运动响应谱。结果表明在三级海浪下,平台的有效运动幅值为5.43°,满足系统指标要求,系统能够通过软硬件进行有效调平。通过改变漂浮平台的重心高度和浮囊的直径,分析了系统参数对漂浮特性的影响。结果表明,系统横摇运动幅值随重心高度和浮囊直径呈U形变化,在重心3 022 mm和直径2 030mm处,系统横摇运动幅值达到最小;对于大长径比系统,重心高度对系统横摇运动幅值的影响程度远大于浮囊直径。结果可为小型漂浮平台进一步研究提供一定的理论基础。     

Analysis of Material Removal in Alumina Ceramic Honing

The removal mechanism is of importance to the grinding of hard and brittle ceramic materials. It is more suitable to analyze the material removal during ceramics honing processes by means of indention fracture approach. There are two honing characteristics different from grinding, the honing incidental tensile stresses and the crosshatch pattern. The stresses may influence material removal of brittle ceramics with lower tensile strength. In addition, the criss-cross cutting pattern on a bore known as cros...     

一种橡胶材料的大变形分析

对于橡胶材料,高玉臣在1990年和1997年分别提出两个本构关系,一个是将应力偏量与静水应力分离,另一个是将拉应力与压应力分离.本文提出了一种简单的橡胶材料本构关系,通过对立方体单元的典型大变形分析,揭示了这类材料的大变形特征并得出了对材料常数的限制条件.