随着电力电子等高功率器件和半导体照明（LED）技术的发展,蓝宝石（Al₂O₃）等新一代光电晶片的使用量正在快速增长。本文利用磁流变液特有的挤压强化效应与集群磁流变抛光过程相结合,提出动态改变加工间隙的集群磁流变变间隙动压抛光工艺方法,加工过程中变间隙运动挤压半固着“Bingham”粘弹体的磁流变抛光垫产生动压力,实现抛光过程中抛光力波动变化、增加有效磨粒、改善材料去除过程,达到对蓝宝石晶片的高效、高精度、无损伤加工的目的。首先,分析并验证集群磁流变变间隙动压抛光的可行性和有效性。通过分析集群磁流变变间隙动压抛光作用机理,并以蓝宝石晶片为加工对象,开展抛光试验,发现集群磁流变变间隙动压抛光过程中抛光压力增大、有效磨粒数增加,有效促进了磨粒对蓝宝石晶片表面材料的去除作用,使材料去除率同比提高19.5%达到2.40nm/min,表面粗糙度Ra降低至0.77nm。其次,研究集群磁流变变间隙动压抛光力特性。利用Kistler 9171A三向旋转测力仪搭建了集群磁流变变间隙动压抛光力测量试验平台,对工件盘转速、羰基铁粉浓度、挤压幅值、挤压频率、最小加工间隙和抛光盘转速等工艺参数对抛光力的影响进行了系统的试验和分析,发现抛光正压力Fn和切向力Ft呈现与工件盘动压周期相同的波动,在动压周期中正压力Fn变化剧烈其大小和方向都有变化。相关工艺参数对抛光力特性有明显影响,抛光力正压力Fn和切向力Ft随着工件盘转速的提高逐渐减小,随羰基铁粉浓度的增大而增大,随最小加工间隙的增大而减小。挤压速度与磁流变抛光垫线速度之间存在匹配性。再次,对集群磁流变变间隙动压抛光进行工艺研究并优化工艺参数。通过系统的单因素试验研究了不同磨料浓度、羰基铁粉浓度、抛光盘转速、挤压幅值、工件盘转速、挤压频率以及最小加工间隙对集群磁流变变间隙动压抛光效果的影响,并获得了较优的工艺参数方案:羰基铁粉浓度16 wt.%、磨料粒径为60 nm浓度为8 wt.%的硅溶胶、挤压频率1 Hz、最小加工间隙1mm、挤压幅值0.5mm、抛光盘转速5 r/min、工件盘转速500 r/min,对蓝宝石晶片进行90 min的抛光,可将表面粗糙度均值从Ra 10nm降低到Ra 0.45nm,材料去除率为3.28nm/min。最后,建立集群磁流变变间隙动压抛光材料去除率模型。结合集群磁流变变间隙动压抛光实际加工工况,推导抛光力方程;分析工件运动状态求解磁流变抛光垫与工件的相对剪切速度,基于经典Preston方程建立材料去除率模型,理论计算值与实验值结果相符。