磁場輔助超精密完整加工技術

前言

近二十年來，在現(xiàn)代制造技術領域里，超精密加工、特種加工技術以前所未有的速度向前發(fā)展，已成為現(xiàn)代微納制造技術的重要組成部分?；诓牧先コ某軝C械加工技術，已成為現(xiàn)代制造技術的一個重要組成部分，其產(chǎn)品涉及光學工程、通訊工程、國防、航空航天、計量檢測、生物醫(yī)學等多個領域，且正在向納米精度級加工技術發(fā)展。超精密光整加工技術，不僅是學術界研究的前沿，也為產(chǎn)業(yè)界所急需，已被公認為是2l世紀的前沿技術。21世紀初十年將是光整加工技術實現(xiàn)納米加工的實用化并向皮米精度級進軍的關鍵十年。如何實現(xiàn)這一目的，人們除了對傳統(tǒng)的光整加工方法、加工設備予以繼續(xù)改良以形成各種微納加工技術以外，還不斷地探求新的特種光整加工技術。回顧機械加工發(fā)展的歷史，最初是采用刀具、砂輪等進行切削、磨削，主要利用的是機械能。后來在加工中遇到了難加工材料和復雜型面，或是為了追求加工效率，或是為了追求加工精度，人們把電場、化學場、激光等引入到加工之中，利用非機械能，如電能、化學能、光能、聲能、熱能等形成了所熟知的電火花加工、線切割加工、電解加工、激光加工、超聲加工等。這些加工技術，由于主要不是利用機械能，而統(tǒng)歸于“特種加工”之列。實際上這些技術已發(fā)展了半個多世紀，已經(jīng)被廣泛應用。大部分這些“特種加工”技術也在企業(yè)變?yōu)椤捌胀庸ぁ绷恕＠么艌龅淖饔?，把磁場引入到光整加工之中，就誕生了“磁場輔助光整加工技術”。本書主要介紹作者近十多年在國內(nèi)外所從事的磁場輔助光整加工的研究成果，主要闡述磁力超精密研磨加工和磁流變納米研磨技術的加工機理、加工設備、加工工藝及應用成果。同時介紹國內(nèi)外在磁場輔助光整加工領域所取得的最新研究成果。全書分為十章，主要包括緒論、磁力研磨概述、磁力研磨機理、振動復合磁力研磨、磁力研磨加工的應用、磁性磨粒的開發(fā)、磁流變光整加工概述、磁流變光整加工機理、磁流變光整加工的應用、其他磁場輔助加工工藝等內(nèi)容。

內(nèi)容概要

　　《磁場輔助超精密完整加工技術》是一部全面、系統(tǒng)地介紹磁場輔助超精密光整加工技術最新研究成果的專著，總結(jié)了作者近十多年來在該領域的研究成果，并介紹了該領域國際學術界的最新研究成果。內(nèi)容主要包括磁力研磨加工、磁流變加工及其他磁場輔助光整加工技術，主要闡述了該技術的加工機理、加工設備、加工工藝及應用成果?！洞艌鲚o助超精密完整加工技術》既可作為從事機械加工和光學制造的工程技術人員參考，也可作為高等院校制造類專業(yè)本科生和研究生的參考書。

作者簡介

　　尹韶輝，湖南大學教授，博士生導師，留日工學博士，現(xiàn)任湖南大學國家高效磨削工程技術研究中心副主任，湖南大學微納制造研究所所長。兼任日本國立理化學研究所客座研究員，VEAR，JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY等國際權威雜志的審稿人，日本精密工學會（JSPE）、日本磨粒加工學會（JSAT）正會員，中國機械工程學會、中國光學學會高級會員，多個國際學術會議的組委會委員和主席。先后完成各類國家級及國際合作項目20多項，發(fā)表論文100余篇，先后獲日本理化學研究所理事長獎、國際會議優(yōu)秀論文獎、日本科學協(xié)會研究獎等。研究方向：微納制造技術、超精密加工與測量，超微細加工、超高速加工、光學制造等。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 磁場輔助加工技術的發(fā)展1.2 磁場輔助光整加工技術的分類1.3 磁場輔助光整加工技術的地位第2章 磁力研磨概述2.1 磁力研磨原理2.2 磁力研磨加工的發(fā)展歷史2.3 磁力研磨的特點2.4 磁力研磨的應用領域及發(fā)展趨勢第3章 磁力研磨機理3.1 磁力研磨的靜力學分析3.2 磁性磨粒的動力學分析3.3 磁性磨粒的相對磁導率3.4 磁力研磨的材料去除機理第4章 振動復合磁力研磨4.1 各種振動復合磁力研磨的提出及其加工裝置的開發(fā)4.2 X方向振動復合磁力研磨的加工特性4.3 Z方向(法向方向)振動復合磁力研磨4.4 橢圓振動復合磁力研磨第5章 磁力研磨加工的應用5.1 自由曲面的磁力研磨5.2 內(nèi)表面磁力研磨加工5.3 磁力研磨去除毛刺第6章 磁性磨粒的開發(fā)6.1 磁性磨粒的性能要求和組成6.2 磁性磨粒的制備技術6.3 適合于金屬磁性材料研磨的磁性磨粒的開發(fā)第7章 磁流變光整加工(MRF)概述7.1 磁流變加工原理7.2 磁流變光整加工的發(fā)展歷史7.3 磁流變光整加工的特點7.4 磁流變光整加工設備7.5 應用領域及發(fā)展趨勢第8章 磁流變光整加工機理8.1 磁流變液拋光原理8.2 磁流變光整加工數(shù)學模型8.3 磁流變光整加工的加工區(qū)第9章 磁流變光整加工(MRF)的應用9.1 CVDISiC平面反射鏡的加工9.2 硅球面反射鏡的加工9.3 BK7、BKl3玻璃球面透鏡的加工9.4 硅片加工9.5 其他材料的加工9.6 非球面的加工第10章 其他磁場輔助加工工藝10.1 磁流體浮體研磨10.2 磁射流拋光10.3 MAGIC光整加工10.4 磁性復合流體光整加工工藝10.5 磁場輔助均勻壓力拋光10.6 磁粒噴灑加工附錄

章節(jié)摘錄

插圖：（1）能夠獲得亞納米量級的光學表面。在磁流變加工過程中，由于磁流變的可控制性，可以調(diào)節(jié)磁流變液固相狀態(tài)下的屈服應力的大小，這樣就有利于產(chǎn)生微小切削作用，而且工件表面層和次表面層不會產(chǎn)生壓應力，因而工件表面層不會造成損傷，易得到較高的表面質(zhì)量。（2）易于實現(xiàn)計算機控制，能夠加工非球面等復雜的面形。通過控制磁場，可以控制工具（磁流變液在磁場中形成的“凸起緞帶”）的大小、形狀及強度，因此能夠?qū)崿F(xiàn)各種面形的加工，并且由于磁場的可控制性，易于實現(xiàn)計算機控制和數(shù)控加工。（3）去除函數(shù)穩(wěn)定，不存在工具磨損現(xiàn)象。由于磁流變液可循環(huán)使用，新的磨粒不斷地凸現(xiàn)出來，只要精確地控制流體的黏度、壓力和流量，就可以得到穩(wěn)定的去除函數(shù)，從而獲得高的形狀精度。一般可以獲得亞微米級乃至數(shù)十納米級的形狀精度。與傳統(tǒng)的計算機控制拋光相比，也具有很大的優(yōu)勢。因為軟質(zhì)拋光頭或多或少存在磨損的問題，去除函數(shù)不穩(wěn)定，即使通過計算機控制拋光也很難得到高的形狀精度。（4）加工過程中，磨屑隨著磁流變液的循環(huán)被帶走、過濾，而且磁流變液中介質(zhì)為水和有機鹽，不會劃傷工件的加工表面，并起到了清洗和冷卻的作用。（5）在可控磁場的作用下，常規(guī)加工過程中的刀具的刃形誤差及加工過程中出現(xiàn)的振動、摩擦帶來加工誤差。在磁流變加工中這些影響因素可以忽略不計。（6）由于參與加工的工具不是固體拋光盤或軟性拋光頭，而是粘彈性的流體，而且其硬度可以通過磁場控制，因此，能獲得高質(zhì)量的表面。且工件基本沒有亞表面損傷。（7）磁流變加工提供了一種可以準確控制去除量的確定性加工方法，通過控制工藝參數(shù)，就能夠精確地控制加工后的光學零件面形。為了使磁流變的確定性加工成為可能，必須要研究工件表面去除函數(shù)算法，即在固定磁場強度矢量、拋光盤轉(zhuǎn)動速度、磁流液成分等工藝參數(shù)不變的情況下，確定工件的去除率模型，從而以駐留時間為控制量，使磁流變加工數(shù)控化，通過修正補償加工得到很高的形狀精度。

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