基于流场聚焦的磁流变抛光技术研究

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高性能光学元件在航空航天、生物医疗、军事武器等领域具有广泛应用。磁流变抛光技术具有抛光表面质量好、抛光过程可控、适应各种复杂表面的抛光等优点。针对10 mm以下小口径光学元件精密抛光存在加工干涉等问题,本文提出一种基于流场聚焦的磁流变抛光技术,将流场聚焦引入磁流变抛光技术中,形成一种新型的抛光工艺。本文的主要研究内容如下:使用软光刻技术制作了微流体芯片并搭建了微流体芯片实验平台。在磁场和收缩口的双重约束下,磁流变抛光液呈现良好的流动聚焦效果,聚焦后流束直径小于100μm,进一步证实了在磁流变抛光技术中引入流场聚焦的可行性。基于将磁场和收缩口双重约束引入装置设计的思想,完成了流场聚焦模块的设计和整体实验装置的搭建,重点解决了抛光装置的密封问题和磁场发散问题。基于磁流变抛光液的流变方程建立了多物理场耦合仿真模型,并开展了仿真校核分析。为基于流场聚焦的磁流变抛光技术研究提供了环境基础。通过正交实验探究了主轴转速、加工间隙、抛光时长和流体流速四个工艺参数对于抛光表面质量的影响程度及变化规律,对比了有无流场聚焦下的通过磁流变抛光技术加工K9玻璃的实际效果:无流场聚焦下表面粗糙度数值下降约210%,抛光斑直径约7.17 mm,有流场聚焦下表面粗糙度数值下降约360%,抛光斑直径约5.77 mm。因此,引入流场聚焦后已抛光工件表面质量提升约71.4%,抛光斑面积下降约35.2%,可获得更小的抛光斑和更好的表面质量,实现亚微米级的高精度局部小区域抛光。
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