近年来,随着辊筒模具在工业制造领域得到了日益广泛的应用,对其精度和表面质量的要求也越来越高,与之相应的加工难度也越来越大,主要体现在:尺寸大、形状复杂;表面粗糙度要求达到超光滑级别;面形精度要求达到亚微米级别。同时,为防止模具在使用过程中表面被破坏,通常在表面镀覆在一层耐磨耐腐蚀的镍磷合金(Ni P)。在高精度辊筒模具制造过程中,超光滑抛光是保证模具表面质量的关键一步,因此所选择的抛光方法需要同时考虑到工件的材料和形状。针对镍磷合金的超光滑抛光方法有很多,主要有化学机械抛光、磁性混合流体抛光、电化学机械抛光等。常见的方法是化学机械抛光(CMP),该方法将机械、化学、流体作用结合在一起,能得到粗糙度小于1nm(Ra)的超光滑表面。由于柔性气囊能很好地贴合筒形工件表面,因此气囊抛光适合于辊筒模具的抛光。本课题研究将采用化学机械抛光与气囊抛光相结合的抛光方式,为后续高精度辊筒模具抛光做前期工艺准备。主要研究了以下内容:基于化学镀镍磷合金的镀层结构与性质,分析了在化学机械抛光过程中镍磷合金与抛光液中氧化剂成分的化学反应过程;根据单分子层去除机理和接触力学原理,建立了化学机械抛光的材料去除模型;根据表面粗糙度的定义和单个磨粒去除深度的概率模型,建立了镍磷合金化学机械抛光的表面粗糙度模型。通过各种类型的抛光垫和氧化剂特性比较,选择了合适的抛光垫类型和抛光液氧化剂成分;通过一系列工艺实验,确定了合适的抛光磨粒与抛光酸碱环境;通过正交实验,分析了抛光液主要成分对粗糙度的影响趋势,得到了能实现超光滑镍磷合金表面(Ra 0.695nm)的最优化学机械抛光液成分及配比;正交试验中主要工艺参数的实验结果与粗糙度模型理论分析结果基本吻合,对两者的差异进行了分析。通过正交试验,分析了气囊抛光主要工艺参数对粗糙度和材料去除深度的影响。综合两个评价指标,得到了最优抛光参数。为解决实验中产生的抛光纹问题,采用进动方式抛光,通过实验得到了最佳进动方式,最终得到了超光滑表面(Ra 0.540nm)。