[發(fā)明專利]基于非牛頓流體剪切流變效應(yīng)的階進(jìn)式磨-拋加工方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010767217.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN112123023A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王金虎;袁巨龍;呂冰海;杭偉;王旭;陳泓諭;王思學(xué);洪騰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/00
• 分類號(hào): B24B1/00;B24B57/02;C09K3/14
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種基于非牛頓流體剪切流變效應(yīng)的階進(jìn)式磨?拋加工方法，包括以下步驟：(1)在具有剪切流變效應(yīng)的非牛頓流體基液中混入磨料和添加劑，攪拌均勻，制成剪切流變磨拋液，加入機(jī)床磨削液站；(2)在完成傳統(tǒng)粗磨、半精磨之后的精磨階段，從砂輪切入端沿砂輪線速度方向?qū)δハ鲄^(qū)提供剪切流變磨拋液；(3)設(shè)置磨削深度大于零，實(shí)現(xiàn)工件表面低損傷磨削；(4)設(shè)置磨削深度等于零，對(duì)磨削表面進(jìn)行磨?拋復(fù)合加工；(5)設(shè)置砂輪與工件為非接觸狀態(tài)，對(duì)磨削表面進(jìn)行剪切流變拋光，通過調(diào)整磨拋液流變特性、砂輪線速度、工件進(jìn)給速度、砂輪?工件間隙，控制拋光過程表面各點(diǎn)材料去除率。本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)，加工效率高、精度高、實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密超精密加工技術(shù)，涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)硬脆材料低損傷磨削、原位柔性拋光的階進(jìn)式加工方法。

背景技術(shù)

磨削、拋光是光學(xué)制造工藝鏈上的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)硬脆材料精密及超精密加工的重要技術(shù)手段。傳統(tǒng)硬脆材料磨削方式不可避免存在表面損傷層，較深的磨削損傷層不僅會(huì)增加后續(xù)拋光時(shí)間，而且對(duì)拋光過程中的面形控制也極為不利。

為了減小硬脆材料磨削表面損傷，國(guó)內(nèi)外學(xué)者曾采用多種方法抑制硬脆材料在磨削過程中的裂紋萌生與擴(kuò)展，例如：ELID磨削，超聲震動(dòng)輔助磨削、化學(xué)機(jī)械磨削、半固著磨具磨削等。ELID磨削技術(shù)通過優(yōu)化磨具磨削性能減小加工表面損傷，該技術(shù)解決了微細(xì)/超細(xì)磨粒金屬基金剛石砂輪在硬脆材料磨削過程中的磨損、鈍化問題，實(shí)現(xiàn)了玻璃、陶瓷等一系列硬脆材料的超精密磨削加工。采用二維超聲震動(dòng)方法能夠通過改善砂輪磨損狀態(tài)、減小磨削力、增大臨界切削深度減小磨削表面損傷。然而，ELID磨削用于大深寬比內(nèi)表面磨削時(shí)，難以避免電極與工件內(nèi)表面干涉；超聲震動(dòng)輔助磨削需要機(jī)床附加振動(dòng)單元，磨削速度受振動(dòng)周期限制，并且在曲面磨削時(shí)振動(dòng)方向隨磨削點(diǎn)法線的偏擺控制過程復(fù)雜。化學(xué)機(jī)械磨削技術(shù)利用固結(jié)磨粒與被加工材料之間的固相反應(yīng)，結(jié)合磨粒機(jī)械去除作用實(shí)現(xiàn)無損傷表面加工。半固著磨具磨削一定程度上解決了游離磨粒加工效率低、固結(jié)磨粒加工表面損傷大的問題，目前在單晶硅、藍(lán)寶石等材料加工中取得了良好效果。然而，化學(xué)機(jī)械磨削和半固著磨粒磨削材料去除率仍然較低，約為1～3μm/h，難以達(dá)到精密磨削的要求。

對(duì)平面、曲面均具有良好適用性的柔性拋光方法中，研究較多的有氣囊拋光、磨料射流拋光、磁流變拋光、剪切增稠拋光等。氣囊拋光的柔性拋光頭可自動(dòng)適應(yīng)工件曲面形狀，通過調(diào)節(jié)氣囊內(nèi)部壓力控制拋光效率。磨料射流拋光利用磨粒對(duì)工件表面的高速碰撞與剪切作用，通過控制噴射壓力、角度及時(shí)間等參數(shù)拋光工件表面。磁流變拋光通過外磁場(chǎng)控制磁流變液在拋光區(qū)產(chǎn)生與被加工表面相吻合的柔性“研拋模”進(jìn)行材料去除。剪切增稠拋光工藝的實(shí)現(xiàn)不需要外部輔助場(chǎng)，且對(duì)拋光工具形狀、材質(zhì)等要求低，甚至可以在無拋光工具條件下，通過流體動(dòng)壓力和摩擦力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的超精密加工。上述拋光方法通過氣壓、磁場(chǎng)、流場(chǎng)、剪切速率等均能夠?qū)崿F(xiàn)“研拋模”柔度變化可控，但剪切增稠拋光不需復(fù)雜的設(shè)備和附件，且拋光液制備成本低，更有利于實(shí)現(xiàn)低損傷磨削后的原位柔性拋光。

傳統(tǒng)制造工藝中，磨削、拋光分別在專用機(jī)床上進(jìn)行，磨削機(jī)床通過控制磨削深度實(shí)現(xiàn)材料去除，而拋光工藝中的材料去除是基于壓力控制。在磨削機(jī)床上實(shí)現(xiàn)拋光過程的運(yùn)動(dòng)及材料去除率控制，完成低損傷磨削與原位柔性拋光的結(jié)合，能夠減少裝夾時(shí)間，消除二次裝夾誤差，是進(jìn)一步提高磨-拋整體加工效率需要解決的關(guān)鍵問題。從目前國(guó)內(nèi)外的各種研究報(bào)道來看，尚未發(fā)現(xiàn)有利用非牛頓流體剪切流變效應(yīng)輔助抑制磨削表面損傷，并實(shí)現(xiàn)原位柔性拋光的報(bào)道。本發(fā)明涉及的低損傷磨削、原位柔性拋光是提高磨-拋整體加工效率的可行方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術(shù)中硬脆材料磨削表面損傷大導(dǎo)致后續(xù)拋光時(shí)間長(zhǎng)的不足，本發(fā)明提供一種基于非牛頓流體剪切流變效應(yīng)的階進(jìn)式磨-拋加工方法。

上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于非牛頓流體剪切流變效應(yīng)的階進(jìn)式磨-拋加工方法，所述加工方法包括以下步驟：