磁流变抛光中表面彗尾状缺陷的生成与演变行为

袁胜豪; 张云飞; 余家欣; 李凯隆; 王超; 田东; 海阔; 黄文

doi:10.37188/OPE.2020.0499

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

磁流变抛光中表面彗尾状缺陷的生成与演变行为

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2021-05-12

- 磁流变抛光中表面彗尾状缺陷的生成与演变行为
- Formation and evolution behavior of comet-tail defects in magnetorheological finishing
- 光学精密工程 2021年29卷第4期页码：740-748
- 作者机构：
  
  1.中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900
  2.西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室，四川绵阳 621010
- 作者简介：
  
  [ "袁胜豪（1995-），男，四川资阳人，硕士研究生，主要从事光学元件超精密加工方向的研究。E-mail：17780954995@163.com" ]
  [ "张云飞（1985-），男，湖北荆州市人，硕士，副研究员，主要从事磁流变抛光技术与装备的研究。E-mail：zhangyf306@yeah.net" ]
  [ "余家欣（1982-），男，四川绵阳人，博士，教授，博士生导师，2011年于西南交通大学获得博士学位，现任西南科技大学制造科学与工程学院副院长，制造过程测试技术教育部重点实验室常务副主任，主要从事摩擦学、表面界面技术、超精密加工基础等领域的科学研究与应用开发工作。E-mail：yujiaxin@swust.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2017YFA0701200);国家自然科学基金面上项目(51975492);科学挑战专题资助(TZ2016006-0504-01)
- DOI：10.37188/OPE.2020.0499
  中图分类号： TH162.1
- 收稿日期：2020-10-03，
  
  修回日期：2020-11-29，
  
  纸质出版日期：2021-04-15
- 稿件说明：
移动端阅览
袁胜豪,张云飞,余家欣等.磁流变抛光中表面彗尾状缺陷的生成与演变行为[J].光学精密工程,2021,29(04):740-748.

YUAN Sheng-hao,ZHANG Yun-fei,YU Jia-xin,et al.Formation and evolution behavior of comet-tail defects in magnetorheological finishing[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(04):740-748.
袁胜豪,张云飞,余家欣等.磁流变抛光中表面彗尾状缺陷的生成与演变行为[J].光学精密工程,2021,29(04):740-748. DOI： 10.37188/OPE.2020.0499.

YUAN Sheng-hao,ZHANG Yun-fei,YU Jia-xin,et al.Formation and evolution behavior of comet-tail defects in magnetorheological finishing[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(04):740-748. DOI： 10.37188/OPE.2020.0499.

摘要

为了研究磁流变抛光后元件表面“彗尾状缺陷”的生成和演变机理，本文以石英玻璃为样品，分析了磁流变抛光时抛光液中抛光颗粒浓度与水分含量对彗尾状缺陷的影响。研究表明，彗尾状缺陷的生成与元件表面存在的原始缺陷相关，抛光颗粒在缺陷处的堆积是造成原始缺陷转变成彗尾状缺陷的主要原因。随着抛光颗粒浓度的增加，抛光颗粒在原始缺陷处的堆积明显，生成的彗尾状缺陷数量增加；然而随着水分含量的增加，抛光液的流动性增强，抛光颗粒在缺陷处堆积效应减弱，彗尾状缺陷出现的数量降低。在磁流变抛光过程中，原始凹坑缺陷首先演变成彗尾状缺陷，彗尾状缺陷的头部凹坑深度相对于原始缺陷表现出先增加再降低的趋势；而凹坑的边缘角度随抛光的进行单调增加，直到缺陷被完全去除。本文的研究结果为磁流变抛光中抑制元件表面彗尾状缺陷的生成奠定了理论基础，有助于后期研发控制彗尾状缺陷的抛光液和工艺优化方法。

Abstract

To investigate generation and evolution mechanisms of “comet-tail defects” on surfaces of components after magnetorheological finishing （MRF）， a self-developed MRF machine was used to analyze the effects of concentration and moisture content of MR fluid particles on comet-tail defects in MRF， using fused silica glass as a sample. Extant studies show that comet-tail defects are generated following initial defects on component surfaces. Moreover， the accumulation of particles at these initial defects is the main reason for their evolution into comet-tail defects. Increases in the concentration of polishing particles lead to evident accumulation of particles at initial defects， and more comet-tail defects emerge resultantly. However， fluidity is strengthened with increases in the moisture content， thereby resulting in a decreased number of comet-tail defects. With increases in processing times， initial craters evolve into comet-tail defects At this point， the crater depth at the head of the comet-tail initially increases and then decreases when compared to initial defects. Similarly， increases in processing times monotonically increase the crater edge angle until the defects are completely removed. Hence， the results of this study establish a theoretical foundation for restricting the formation of comet-tail defects on surfaces of components in MRF and facilitate subsequent development of MR fluids and process optimization methods to control the generation of comet-tail defects.

关键词

Keywords

references

MOSES E I . The National Ignition Facility： the world's largest laser system for high energy density and inertial confinement fusion science ［C］. Conference on Lasers and Electro⁃Optics ， 2004 . （CLEO）. May 16 - 21 ， 2004， San Francisco， CA， USA. IEEE ， 2004 （ 1 ）： 2 .

郭隐彪，彭云峰，王振忠，等 . 大口径光学元件的精密磨抛与检测装备开发及应用［J］. 航空制造技术， 2018 ， 61 （ 6 ）： 26 - 35 .

GUO Y B ， PENG Y F ， WANG ZH ZH ， et al . Development and application of precision grinding/polishing and measurement equipment for large-size optical components ［J］. Aeronautical Manufacturing Gechnology ， 2018 ， 61 （ 6 ）： 26 - 35 . （in Chinese）

江修娥，刘晚晚，王斌，等 . 光学玻璃表面裂纹对光场的增强作用［J］. 应用激光， 2016 ， 36 （ 5 ）： 621 - 626 .

JIANG X E ， LIU W W ， WANG B ， et al . Study of enhancement effects of surface cracks on light intensity distribution at optical glass surfaces ［J］. Applied Laser ， 2016 ， 36 （ 5 ）： 621 - 626 . （in Chinese）

王洪祥，沈璐，李成福，等 . 光学元件激光诱导损伤分析及实验研究［J］. 中国激光， 2017 （ 3 ）： 98 - 104 .

WANG H X ， SHEN L ， LI CH F ， et al . Analysis and experimental investigation of laser induced damage of optics ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2017 （ 3 ）： 98 - 104 . （in Chinese）

杨福兴 . 大口径平面光学元件超精密加工技术的研究［J］. 光学技术， 2004 ， 30 （ 1 ）： 27 - 29 .

YANG F X . Study on the technology of the ultra precision machining for the large-aperture optical flats ［J］. Optical Technique ， 2004 ， 30 （ 1 ）： 27 - 29 . （in Chinese）

刘红婕，王凤蕊，耿峰，等 . 荧光成像技术无损探测光学元件亚表面缺陷［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 50 - 59 .

LIU H J ， WANG F R ， GENG F ， et al .. Nondestructive detection of optics subsurface defects by fluorescence image technique ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 50 - 59 . （in Chinese）

石峰，戴一帆，彭小强，等 . 磁流变抛光消除磨削亚表面损伤层新工艺［J］. 光学精密工程， 2010 ， 18 （ 1 ）： 162 - 168 .

SHI F ， DAI Y F ， PENG X Q ， et al .. Removal of subsurface damage in grinding by magnetorheological finishing ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2010 ， 18 （ 1 ）： 162 - 168 . （in Chinese）

赵子渊，何建国，张云飞，等 . 熔石英光学元件亚表面损伤评价与磁流变抛光抑制方法［J］. 激光杂志， 2017 ， 38 （ 7 ）： 13 - 16 .

ZHAO Z Y ， HE J G ， ZHANG Y F ， et al .. Evaluation and removal of subsurface damage in polished fused silica by magnetorheological finishing ［J］. Laser Journal ， 2017 ， 38 （ 7 ）： 13 - 16 . （in Chinese）

HAI K ， HAI K ， LI L X ， et al .. Distribution model of the surface roughness in magnetorheological jet polishing ［J］. Applied Optics ， 2020 ， 59 （ 28 ）： 8740 - 8750 .

郭忠达，王新海，阳志强，等 . 磁流变抛光可塑性对彗尾疪病的影响［J］. 西安工业大学学报， 2010 ， 30 （ 2 ）： 112 - 116 .

GUO ZH D ， WANG X H ， YANG ZH Q ， et al .. Influence of plasticity on comet tail phenomenon in magnetorheological finishing ［J］. Journal of Xi'an Technological University ， 2010 ， 30 （ 2 ）： 112 - 116 . （in Chinese）

CATRIN R ， NEAUPORT J ， TAROUX D ， et al .. Magnetorheological finishing for removing surface and subsurface defects of fused silica optics ［J］. Optical Engineering ， 2014 ， 53 （ 9 ）： 092010 .

李晓媛，叶敏恒，刘佳保，等 . 酸碱度对磁流变抛光去除作用的调节机制［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 12 ）， 27： 2602-2608.

LI X Y ， YE M H ， LIU J B ， et al .. Influence of pH value on removal effect of fused silica during magnetorheological finishing ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2019 ， 27 （ 12 ）： 2602 - 2608 . （in Chinese）

PFIFFER M ， LONGUET J L ， LABRUGÈRE C ， et al .. Characterization of the polishing-induced contamination of fused silica optics ［J］. Journal of the American Ceramic Society ， 2017 ， 100 （ 1 ）： 96 - 107 .

海阔 . 磁射流抛光加工机理与实验研究［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2020 .

HAI K . Study on Polishing Principle and Expriments of Magnetorheological Jet Polishing ［D］. Changchun ： Changchun Institute of Optics ， Fine Mechanics and Physics ， University of Chinese Academy of Sciences ， 2020 . （in Chinese）

KIRK N B ， WOOD J V . The effect of the calcination process on the crystallite shape of Sol-gel cerium oxide used for glass polishing ［J］. Journal of Materials Science ， 1995 ， 30 （ 8 ）： 2171 - 2175 .

杨航，刘小雍，马登秋，等 . 一阶不连续光学元件MRF流体动力学分析方法［J］. 强激光与粒子束， 2019 ， 31 （ 2 ）： 29 - 35 .

YANG H ， LIU X Y ， MA D Q ， et al .. Fluid dynamics analysis method for MRF of first order discontinuous optical elements ［J］. High Power Laser and Particle Beams ， 2019 ， 31 （ 2 ）： 29 - 35 . （in Chinese）

浏览量

832

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

眼镜镜片尖边轮廓的五轴数控加工

全口径环形抛光的光学元件面形误差影响因素及其控制

稳定X轴的刀具圆弧Z向补偿差值迭代法

应用旋转法实现大口径非球面反射镜零重力面形加工