基于去除函数预测模型的磁流变抛光工艺优化研究

在分析磁流变抛光加工过程的基础上,建立了磁流变抛光的去除函数预测模型,该模型利用加工前后的面形误差分布和仿真计算的面形残差分布,针对不同材料间的去除函数模型效率系数进行辨识,能够实现去除函数模型的准确预测.以该模型为基础,通过在传统磁流变抛光工艺中加入去除函数效率系数实时辨识的工艺环节,可以对磁流变抛光的加工工艺进行优化.利用该优化工艺对一块口径202mm的HIP SiC进行9次循环迭代加工,采用子孔径拼接测量技术进行测量,面形误差由初始的PV 0.72μm,RMS 0.108μm提升到最终的PV0.13μm,RMS0.012μm.实验表明,去除函数预测模型能够优化磁流变抛光工艺,提高加工的确定性和增强工艺的适用性,实现光学镜面的高精度确定性磁流变抛光加工.     

流体动压超光滑加工关键工艺参数优化

流体动压超光滑加工材料去除主要受工件表面流体动压和剪切分布的影响,根据材料去除的理论模型分析了影响材料去除的关键工艺参数。基于流体动力学仿真和具体实验对抛光轮浸没深度、抛光轮转速和抛光轮间隙对流体动压超光滑加工的材料去除速率的影响规律进行了研究。分析结果表明:抛光轮的浸没深度对材料去除速率影响不大;材料去除速率随着抛光轮转速的减小、抛光间隙的增大而减小;考虑实际使用条件,最优抛光轮转速为300 r/min、抛光间隙为25μm、抛光轮浸没深度为(2/3)R。同时对抛光头温度稳定性进行了具体实验测试,其在装置启动后4 h基本达到热平衡,通过试运行预热的方式可有效避免温升变化对抛光间隙的影响。     

纳米金刚石磨料磁流变抛光材料去除机理与工艺研究

理论分析与实验验证表明,纳米金刚石磨料磁流变抛光材料去除机理是塑性剪切去除.在KDMRF-1000F磁流变抛光机床上进行工艺实验,研究抛光轮与工件表面的间隙、抛光轮转速、磁场强度对峰值去除效率和表面粗糙度的影响.工艺实验表明,去除函数具有良好的稳定性和重复性,2.5h以内峰值去除效率稳定在±0.3%以内,体积去除效率稳定在±0.5%以内.直径202mm(有效口径95%)的HIP SiC平面镜采用子孔径拼接测量方法,经过磁流变粗抛(30h)和精抛(9h)后,面形误差PV值0.13μm,RMS值0.012μm,表面粗糙度RMS值2.439nm.     

基于矩阵运算的光学零件磁流变加工的驻留时间算法

提出了一种光学零件磁流变加工的驻留时间计算方法.该算法以矩阵运算为基础,首先确定工件上各个控制节点的高度余量,并将磁流变抛光模对各控制节点的材料去除能力体现到去除矩阵中,然后利用非负最小二乘法求解驻留时间向量.采用该算法在自行研制的磁流变抛光机床上进行抛光实验,经过2次迭代加工后,有效口径为145mm的球面镜P-V值达到40.5nm(约为λ/15),RMS值达到5nm(约为λ/125),表面粗糙度Ra值达到0.57nm.     

回转对称非球面光学零件磁流变成形抛光的驻留时间算法

介绍了一种基于代数算法的回转对称非球面计算机控制表面成形的驻留时间算法。该算法将驻留时间转化为工件自转的整数圈数,并且将抛光模对工件的材料去除效率体现到材料去除矩阵上进行计算。利用非负最小二乘法求解驻留时间向量。最后,利用该算法在自研的磁流变抛光实验装置上对一回转对称光学零件进行3次迭代加工,使其面形精度从8μm提高到0.5μm以内。     

计算机控制小工具抛光技术中磨盘材料对去除函数的影响

研究了计算机控制小工具抛光(CCOP)加工中三种常用的磨盘材料对去除函数特性的影响,进一步完善材料去除模型,用以指导光学零件的加工。利用自行研制的AOCMT光学加工机床及接触式测量系统进行实验和分析。从去除函数形状、去除效率及稳定性、表面形貌三个方面进行了研究。实验结果表明:聚氨酯材料适用于粗抛光阶段;阻尼布材料适用于精抛光阶段;沥青材料适用于最后的修形加工和表面处理。     

热压多晶氟化镁的磁流变抛光研究

热压多晶氟化镁是一种被广泛应用的红外光学材料.磁流变抛光因其抛光效率高、磨头无磨损、可实现确定性加工等优点而日益成为倍受瞩目的超精密光整加工技术.在利用传统抛光方法得到热压多晶氟化镁的抛光特性的基础上配制了适用于该材料的磁流变抛光液.通过抛光实验证明,与传统抛光方法相比,采用磁流变抛光方法对热压多晶氟化镁进行抛光,可以得到较好抛光表面质量,并且抛光的效率也大大提高.     

离子束抛光加工矩形离轴非球面镜

采用一种简单的方法使用线性三轴离子束系统实现了矩形离轴非球面镜的抛光加工.根据离子束材料去除机理,分析了去除函数的法向材料去除特性,并且以去除函数束径、峰值去除速率和体积去除速率为指标,评价了入射角的小扰动鲁棒性.利用相关的分析和实验结果,对矩形离轴镜的抛光加工进行了合理的简化,并在自行研制的离子束抛光机床上进行了修形...     

磁流变液剪切屈服应力模型的理论分析与实验

剪切屈服应力是评价磁流变液流变性能的最重要参数,建立全面、准确的磁流变液剪切屈服应力模型对于反映磁流变液的流变学本质及磁流变液的工程应用都具有重要意义。在分析磁流变液微观结构的基础上,采用电磁力学与流体动力学相结合的方法,建立了磁流变液的剪切屈服应力模型,并在自行研制的磁流变液剪切屈服应力测试装置上对自制的磁流变液进行了实验测试,验证了模型的正确性。     

光学材料抛光亚表面损伤检测及材料去除机理

抛光后光学元件仍然存在亚表面损伤,它降低光学元件的抗激光损伤能力和光学性能,为去除抛光亚表面损伤以提升光学元件使用性能,需要对其进行准确检测和表征.首先,采用恒定化学蚀刻速率法和二次离子质谱法分别检测水解层深度和抛光杂质的嵌入深度.然后,使用原子力显微镜检测亚表面塑性划痕的几何尺寸.通过分析表面粗糙度沿深度的演变规律,研究浅表面流动层、水解层和亚表面塑性划痕间的依存关系.最后,建立抛光亚表面损伤模型,并在此基础上探讨抛光材料去除机理.研究表明:水解层内包括浅表面流动层、塑性划痕和抛光过程嵌入的抛光杂质;石英玻璃水解层深度介于76和105nm之间;抛光过程是水解反应、机械去除和塑性流动共同作用的结果.     

激光加热辅助引弧微爆炸加工工程陶瓷的试验研究

为验证激光加热辅助技术改善引弧微爆炸加工质量和提高加工效率的可行性,探索加工工艺参数对加工过程的影响规律,设计了激光加热辅助引弧微爆炸加工试验系统,并通过试验研究了工艺参数对材料去除率和崩碎的影响规律。试验结果表明：激光加热辅助引弧微爆炸加工陶瓷可以提高材料去除率,改善崩碎情况;加工效率随激光功率的增加而提高,随光斑尺寸的增大而降低,随距离的增加先提高后降低;崩碎随激光功率的增加而减少,随光斑尺寸的增大先减少后增多,随距离的增加先减少后增多。研究结果为激光加热辅助引弧微爆炸加工机理的研究和工艺参数的优化提供了参考依据。     

化学气相沉积碳化硅超光滑抛光机理与表面粗糙度影响因素

为实现化学气相沉积碳化硅(CVD SiC)的超光滑抛光,采用纳米划痕试验研究了化学气相沉积碳化硅脆塑转变的临界载荷,根据单颗磨粒受力对其抛光机理进行了分析,并从材料特性、工艺参数以及抛光液pH值三个方面对其表面粗糙度影响因素进行了系统的试验研究.研究结果表明:化学气相沉积碳化硅的稳定抛光过程是磨粒对碳化硅表面的塑性域划痕过程;CVD SiC的晶粒不均匀与表面高点会降低晟终所能达到的表面质量;表面粗糙度在一定范围内随磨粒粒度增加呈近似线性增长,随抛光模硬度的增加而增长;抛光压强对表面粗糙度的影响规律与抛光模的变形行为相关,当抛光模处于弹性或弹塑性变形阶段时,表面粗糙度随抛光压强的增加呈小幅增长,而当抛光模包含塑性变形之后,表面粗糙度基本与抛光压强无关;此外,抛光速度和抛光液pH值对表面粗糙度的影响不大.研究结论为CVD SiC超光滑抛光的工艺参数优化选择提供了定量的试验依据.     

运动潜艇的感应电场分布

采用相对论电磁变换法计算了单个磁偶极子匀速运动时产生的感应电场三分量。利用沿圆柱表面排列的磁偶极子阵列近似模拟潜艇的磁场分布,通过对磁偶极子阵列运动感应电场三分量的积分运算,得到了潜艇运动感应电场的分布规律,解决了由高斯定理计算感应电场因电场方向不同难以进行积分运算的难题。利用海水中布放的传感器,实际测量了运动潜艇模型的感应电场,测量结果验证了所提出的感应电场计算方法的正确性。     

凝结水泵三维流场数值模拟与分析

为深入理解和分析电站凝结水泵性能,采用计算流体力学方法(CFD)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.首先,建立了某三级凝结水泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解RANS方程对凝结水泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用SST模型进行模拟.计算得到该泵若干工况下的扬程和功率等性能参数和泵内部流动特征,计算结果与试验数据吻合很好.模拟结果及分析表明:采用CFD方法模拟结构复杂的凝结水泵内部流动和进行性能预报是可行的.通过内流场分析还发现导叶体等部件的设计有可改进之处.     

太阳辐射作用下的飞机表面温场分布实验研究

提出一种通过缩比模型测试飞机在太阳辐射作用下的表面温度场分布,进而通过有限元方法实现太阳辐射温场的三维模拟显示的实验方法.该方法避免了外场测试条件中自然日光辐射强度不可控和环境温度变化的影响,为飞机在太阳辐射作用下的表面温场理论模型验证和实测提供一种有效的方法,对飞机红外特性、日历寿命等研究具有借鉴意义.     

激光辐照下45#钢板响应特性

采取实验和数值模拟相结合的方法对激光辐照45#钢板的响应特性进行研究。基于连续光纤激光发射系统,开展钢板的激光辐照实验,得到温度场分布及靶板的烧蚀穿孔特性;基于ANSYS建立靶板有限元模型,模拟激光辐照下靶板的热响应过程,得到了靶板厚度、激光功率和光斑直径等因素对靶板温度分布及靶板穿孔特性的影响规律。