论文摘要
随着科学技术的发展,蓝宝石元器件作为光电器件、红外窗口片、整流罩的重要组成部分对光学加工技术提出了更为苛刻的要求,蓝宝石属于典型的高硬脆材料,超光滑加工相当困难,传统的研磨抛光加工方法却难以获得好的加工质量,并且加工效率低。根据固着磨料研磨机理,分析了研磨加工时压强以及相对速度对蓝宝石均匀去除的影响,通过去除稳定性试验,验证了固着磨料加工蓝宝石的工艺比较稳定。结合传统抛光材料去除机理,探讨了蓝宝石环带式磁流变抛光的材料去除机理。本文对蓝宝石的固着磨料研磨加工和环带磁流变抛光进行了实验研究。研究的主要内容包括以下几个方面：1)设计了蓝宝石材料环带磁流变抛光的去除实验,蓝宝石的表面粗糙度Ra由开始的136.7nm经抛光后变为90.6nm,粗糙度有一定程度下降,同时获得了0.075μm/min的材料去除速率。结合Preston材料去除方程,对环带式磁流变抛光过程中的相对速度以及瞬时压强分布进行了求解,初步建立了磁流变抛光材料去除函数理论模型。2)进行了蓝宝石的单因数固着磨料研磨工艺实验,研究了不同粒度金刚石丸片、机械压力、主轴转速对蓝宝石表面粗糙度的影响规律。通过研磨抛光匹配实验,确定了用W5金刚石丸片实现材料的快速去除,采取W1.5金刚石丸片来降低表面损伤,然后通过磁流变抛光提高表面质量。以材料去除速率和表面粗糙度为指标进行了蓝宝石环带磁流变抛光工艺实验,选取对磁流变抛光结果影响明显的主要参数(磁感应强度、环形抛光头转速、工件转速、抛光间隙)进行了正交实验,并对各个因数影响的显著性行了分析,获得了最佳工艺参数以及最大材料去除速率为0.057μm/min、最小表面粗糙度Ra为0.988nm。3)通过灰色关联理论对工艺参数进行优化并获得了最优组合工艺参数：磁感应强度3400Gs、工件转速为120r/min、环形抛光头转速为200r/min、抛光间隙为1.2mm,选择优化后的组合工艺参数进行蓝宝石环带磁流变抛光,获得了表面粗糙度值Ra为1.143nm和材料去除速率为0.051μm/min的实验结果。
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摘要Abstract1 绪论1.1 课题研究目标及意义1.1.1 课题研究目标1.1.2 课题的研究意义1.2 蓝宝石材料特性1.3 蓝宝石国内外加工研究状况1.3.1 国内研究状况1.3.2 国外研究状况1.4 蓝宝石表面检测1.5 本文主要研究内容和章节安排1.5.1 本文主要研究内容1.5.2 本文的章节安排2 固着磨料研磨机理与蓝宝石材料去除试验2.1 固着磨料加工平面原理2.2 磨粒切削刃的假设2.3 固着单颗粒磨料加工受力分析2.4 压强分布2.5 相对瞬时速度的影响2.6 蓝宝石固着磨料材料去除试验2.6.1 试验过程2.6.2 实验方案设计2.6.3 结果及分析2.7 本章小结3 磁流变加工材料去除机理与去除函数模型3.1 传统抛光过程材料去除机理3.2 磁流变抛光过程材料去除机理3.2.1 磁流变液3.2.2 磁流变液流变机理3.2.3 传统磁流变材料抛光去除机理3.2.4 蓝宝石环带式磁流变抛光去除机理3.3 磁流变抛光的数学模型3.3.1 相对速度求解3.3.2 压力P求解3.4 蓝宝石环带磁流变抛光可行性试验3.5 本章小结4 蓝宝石研磨加工试验研究4.1 工件的上盘与下盘4.2 实验加工设备4.3 实验指标检测仪器4.4 试验样品4.5 蓝宝石固着磨料研磨加工试验4.5.1 蓝宝石研磨时间确定4.5.2 试验方案设计4.5.3 试验结果与分析4.6 本章小结5 蓝宝石环带式磁流变抛光实验研究5.1 实验条件5.1.1 环带磁流变抛光机5.1.2 搅拌装置设计5.1.3 磁流变液的选择5.1.4 抛光液酸碱性的选择5.1.5 抛光磨料的选择5.2 蓝宝石研磨抛光匹配实验5.2.1 蓝宝石预加工5.3 环带磁流变抛光工艺参数及实验方法选择5.3.1 正交实验法5.4 蓝宝石磁流变抛光材料去除工艺实验5.4.1 工艺实验方案设计5.4.2 材料去除工艺实验结果的处理与分析5.5 蓝宝石磁流变抛光表面粗糙度工艺实验5.5.1 工艺实验方案设计5.5.2 表面粗糙度工艺实验结果的处理与分析5.6 环带磁流变抛光工艺参数的优化5.6.1 基于灰色关联分析的环带磁流变抛光参数优化5.6.2 磁流变抛光实验指标灰色关联度的计算5.6.3 单目标工艺因素优化5.6.4 多目标因素优化5.6.5 优化工艺参数的验证试验5.7 本章小结6 结论与展望6.1 结论6.2 展望参考文献攻读硕士学位期间发表的论文致谢
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