留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

光学元件超光滑表面的流体动压抛光特性研究

付振峰 王振忠 王彪 申冰怡 黄雪鹏

付振峰, 王振忠, 王彪, 申冰怡, 黄雪鹏. 光学元件超光滑表面的流体动压抛光特性研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (6): 11-17. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.06.002
引用本文: 付振峰, 王振忠, 王彪, 申冰怡, 黄雪鹏. 光学元件超光滑表面的流体动压抛光特性研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (6): 11-17. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.06.002
FU Zhenfeng, WANG Zhenzhong, WANG Biao, SHEN Bingyi, HUANG Xuepeng. Hydrodynamic effect polishing characteristics of ultra-smooth surfaces of optical components[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (6): 11-17. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.06.002
Citation: FU Zhenfeng, WANG Zhenzhong, WANG Biao, SHEN Bingyi, HUANG Xuepeng. Hydrodynamic effect polishing characteristics of ultra-smooth surfaces of optical components[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (6): 11-17. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.06.002

光学元件超光滑表面的流体动压抛光特性研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.06.002
详细信息
    作者简介:

    付振峰,男,1995年,学士,主要研究方向为超精密加工。E-mail:806956142@qq.com

    通讯作者:

    王振忠,男,1981年生,工学博士,副教授,研究方向为先进光学元件超精密加工与检测、激光增材加工相关技术研究,以第一或通讯作者发表SCI/EI收录论文40余篇,获授权发明专利及软件著作权20余项,合作出版专著4本。E-mail:wangzhenzhong@xmu.edu.cn

  • 中图分类号: TG580.692+2

Hydrodynamic effect polishing characteristics of ultra-smooth surfaces of optical components

  • 摘要: 流体动压抛光基于流体剪切效应可实现非接触微去除,可获得粗糙度1 nm以下的超光滑表面,在先进光学及微电子材料加工领域有很好应用前景。基于球体弹性发射加工方式设计流体驱动抛光球,通过Fluent软件对抛光区流场仿真,分析了流体速度以及工件表面压力和剪切力分布,从抛光间隙、工具球直径及主轴转速等3个参数探究其对工件表面所受最大压力和剪切力的影响规律。设计单因素抛光试验进行参数优选,并开展小口径(20 mm×20 mm)抛光试验,工件表面粗糙度RMS从16.939 nm下降至2.467 nm的结果,初步实验表明该加工方式在光学元件的应用具有可行性。

     

  • 图  1  流体动压抛光系统及去除模型

    图  2  抛光球设计

    图  3  仿真过程与结果

    图  4  单因素仿真结果趋势图

    图  5  不同主轴转速下工件表面剪切力分布云图对比

    图  6  流体动压单因素抛光试验

    图  7  白光干涉仪所测原始数据

    图  9  抛光间隙和主轴转速影响趋势

    图  8  抛光去除区域数据分析

    图  10  抛光时间和抛光球直径影响趋势

    图  11  1.6 mm×1.6 mm区域抛光前后对比

    图  12  3 mm×3 mm区域抛光前后对比

    图  13  20 mm×20 mm区域抛光前后对比

    表  1  单因素仿真参数

    仿真条件组1组2组3
    抛光球直径/
    mm
    4040,45,50,
    55,60
    40
    主轴转速/
    (r/min)
    2 0002 0002 000,3 000,4 000,
    5 000,6 000
    抛光间隙/
    μm
    50,75,100,
    125,150
    5050
    下载: 导出CSV

    表  2  单因素试验参数

    试验条件组1组2组3组4
    工具球直径/mm50505040
    抛光间隙/μm50,100,150100100100
    主轴转速/
    (r/min)
    2 0002 000,2 500,
    3 000
    2 0002 000
    抛光时间/min454515,30,
    45,60
    15,30,
    45,60
    下载: 导出CSV

    表  3  20 mm×20 mm区域抛光参数

    试验条件数值
    氧化铈粉末粒径/nm800
    抛光液浓度/(g/L)25
    主轴倾斜角/(°)45
    工具球直径/mm50
    抛光间隙/μm100
    主轴转速/(r/min)3 000
    抛光时间/h6
    下载: 导出CSV
  • [1] Mori Y, Yamauchi K, Endo K. Elastic emission machining[J]. Journal of the Japan Society for Precision Engineering, 1989, 55(3): 480-484. doi: 10.2493/jjspe.55.480
    [2] Kanaoka M, Liu C, Nomura K, et al. Figuring and smoothing capabilities of elastic emission machining for low-thermal-expansion glass optics[J]. Journal of Vacuum Science & Technology B, 2007, 25(6): 2110-2113.
    [3] 李庆宇. 基于流体动力润滑效应的双转弹性发射加工技术研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2015.
    [4] 彭文强, 关朝亮, 胡旭东, 等. 流体动压超光滑加工关键工艺参数优化[J]. 国防科技大学学报, 2017, 39(4): 179-184. doi: 10.11887/j.cn.201704028
    [5] 李岩. 基于中心供液流体动压原理的盘式抛光理论与实验研究[D]. 天津: 天津大学, 2017.
    [6] 郑子军, 薛凯元, 文东辉, 等. 线性液动压抛光加工的流体动压特性研究[J]. 中国机械工程, 2020, 31(8): 907-914. doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.08.004
    [7] 张富. 弹性约束游离磨料超光滑表面加工技术的研究[D]. 长春: 吉林大学, 2007.
    [8] 计时鸣, 何剑敏, 洪滔, 等. 导流式液流悬浮加工流场特性研究[J]. 中国机械工程, 2012, 23(12): 1417-1422. doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2012.12.008
  • 加载中
图(13) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  35
  • HTML全文浏览量:  24
  • PDF下载量:  55
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-18

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要提示

    1. 唯一官方网站:1951.mtmt.com.cn

    2. 本刊编辑部、工作人员邮箱后缀为@jcs.gt.cn

    3. 电话

    010-64739683/79(稿件、进度)

    010-64739685(缴费、录用证明)

    4. 作者服务QQ群:238874846

    注意以上信息,谨防冒名、被骗!

    《制造技术与机床》编辑部