[发明专利]一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光方法

说明书

本发明公开了一种高效超精密剪切增稠‑化学协同抛光方法，包括如下步骤：1）将工件固定在实施设备的抛光固动盘上；2）配制高效超精密剪切增稠‑化学协同抛光液，抛光液包括抛光磨粒或微粉、剪切增稠增强相、水及绿色化学环保物质；3）将配制的抛光液添加到防尘罩内，开启抛光液循环装置，使得抛光液在经抛光工具供给至工件表面；4）开启驱动装置及驱动机构，使得抛光工具相对于工件运动，对工件的加工表面进行抛光。本发明利用液流边界主动约束与抛光液流流动主动控制、剪切增稠与绿色化学作用协同，提高加工效率、精度，并扩展可加工材料及面形。

技术领域

本发明属于超精密加工技术领域，具体是涉及一种剪切增稠-化学协同抛光方法。

背景技术

抛光一直都是超精密加工最主要的一种方法，主要作用是降低工件表面粗糙度、去除损伤层、修正面形误差，获得高精度和高表面质量的终加工手段。研究和开发高效、高质量、高精度、低成本超精密加工方法一直是抛光技术发展主要方向之一。科学技术的众多应用领域里，出现了诸如特种光学玻璃、蓝宝石、氮化硅、单晶硅、钽酸锂等各种硬脆或软脆性难加工材料；此外，各类科技产品的表面形状也越来越向曲面甚至复杂曲面延伸，进一步增加了其超精密加工的难度。曲面不仅包括圆柱面、球面等轴对称面形，还包括由多曲率的曲面组合以达到某些数学特征的高精度、追求功能与美学效果的复杂曲面，已经广泛成为现代高新技术领域工业产品及其零部件的工作面。例如：复杂曲面航空发动机叶片可有效提高工作效能；非球面光学零件能够有效地矫正各种类型像差，大大提高了仪器与设备的识别能力；生物医用植入物、汽车零部件等越来越多的应用曲面外形，达到功能需求和美观性。

目前开发的可用于多种材料（包含塑性、脆性、硬脆性、软脆性等难加工材料）、各类面形零件（非球曲面、异形面以及包含平面、柱面、球面等基础形面）精密加工或超精密抛光技术主要包括计算机控制表面成型技术、磁场或电场辅助抛光、磨粒流加工、气囊抛光和化学机械抛光等。计算机控制表面成型技术属于传统的接触式抛光方法，一般是通过较小的抛光工具来适应工件曲面曲率的变化，以牺牲抛光效率来获得高的面形精度要求，但抛光工具曲率与被加工曲面曲率吻合差，影响了加工精度。磁场（或电场）辅助抛光方法是利用磁场（或电场）控制磁性磨粒或磁流变抛光液（或电流变液））对工件表面进行抛光，是一类高效、柔性的抛光方法，能够获得很好的加工效果，但其关键性的磁流变液制作成本与电流变抛光的电流变液、磁悬浮抛光用磁流体一样较为昂贵，使用成本制约了这类抛光方法的应用。磨粒流加工是通过复杂的磨粒流推动系统，将黏弹体（含磨粒）在一定压力下往复通过工件表面实现材料去除，工件材料去除效率较低，工件的表面质量受磨粒尺寸差异影响大。气囊抛光是使用一个气压可控的充气气囊作为抛光工具进行抛光加工，受加工工具尺寸限制，其仅可加工中-大口径面形工件，且边缘抛光精度控制较差。依靠磨粒-工件-环境之间的机械与化学作用，化学机械抛光利用含有磨料的化学抛光液实现了对蓝宝石、石英的超光滑、少/无损伤加工，且无需精度很高的抛光设备，但化学抛光液需要环保处理。电解抛光利用金属表面微观凸点在特定电解液中和适当电流密度下，发生阳极溶解的原理进行抛光，可以保证良好的加工精度和表面质量，获得较高的加工效率，成本较低，适用于金属工件。然而，电解抛光存在以下不足：对表面有序化组织敏感性较大；较难保持零件尺寸和几何形状的精确度；抛光后工件表面易存有斑点。弹性发射加工可获得超光滑无损表面，但材料去除量仅为原子级单位，加工效率低而受到应用限制；应力盘抛光优先去除表面最高点，能很好地控制中、高频误差，但主要用于超大型空间非球面镜的加工且成本高。