液体喷射抛光技术

1、高精度光学元件的应用1 Olive W.Fhnle, Hedser van Brug. “Fluid jet polishing of optical surfaces” , APPLID OPTICS, Vol.37, No.28, 1 october,2019.非球面以及自由曲面的加工技术液体喷射抛光技术1优点 图1.1实验装置图（一实验设计已开展的工作已开展的工作（二实验结果图1.2 材料去除量分布已开展的工作已开展的工作图1.3 流场的分布特征图1.4.1 射流体对工件表面压力分布图1.4.2 射流体在工件表面速度分布抛光液中磨料粒子的径向流动对工件产生的径向剪切应力是材料去除的关键。

2、2.方慧，郭培基，余景池，“液体喷射抛光技术材料去除机理的研究”，光学技术，2019(04).（一）、高速射流在与工件碰撞时的情况33 T.Mabrouki,K.Raissi,A.Cornier, Numerical simulation and experimental study of the interaction between a pure high-velocity waterjet and targets:contribution to investigate the decoating process,Elsevier Science ,Wear 239(2000) ：260-

3、273.Texpo0.5usTexpo1.0usTexpo2.5usTexpo1.02usTexpo5.0usV=300m/s已开展的工作已开展的工作4.方慧，郭培基，余景池，“液体喷射抛光中各工艺参数与材料去除量的关系”，光学技术，2019(05).0.0630.0039zt材料去除需要一定时间的积累作用，即需要一定数量磨料粒子的持续作用 0.060tz206. 0107. 0pz存在材料的去除阈值1.90pz0.1070.206zp图2.3.a 喷射角为0 图2.3. c 喷射角为45图2.3.b 喷射角为30图2.5.d 喷射角为60图2.4喷管直d=2.5mm图2.5喷管直径d=1.2

4、mm 5 Shixian Li, Lenian Zhen, Hand book of optical design. BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY PRESS，1990, 26-37. AV(glass)F =V(K9)数据存在发散点，材料的去除量并不是完全由材料的相对研磨硬度决定的相对研磨硬度0.51.8kEhH材料的去除既包括弹性变形也包括塑性变形的形式，但具体去除方式还需要进一步研究5 42CVEK H5 42CVEK H5 42CVEK H5 42CVEK H5 42CVEK H6 John C. Lambropoulos, Su Xu, and To

5、ng Fang, Loose abrasive lapping hardness of optical glasses and its interpretation. APPLIED OPTICS, Vol.36, No.7, March, 2019, 1501-1516.已开展的工作已开展的工作图3.1材料去除量=504 rpm）不同半径区域处材料的去除量是不同的，说明工件自转对去除量有一定的影响 0.1070.206zp22 200()1() vvrKvv1222000()1() rr合成速度：0.1070.206zp20.00610.3287p图3.3 修正之后的去除量分布 （=504r

6、pm)(8)vrTKJ结果显示材料去除量是近似相等的vdzk PKdtJ数学模型7：k为比例常数，由除工作压力及运动状态以外因素决定；为比例常数，由除工作压力及运动状态以外因素决定；p为工作压力，由高压泵的转速及喷管口径决定；为工作压力，由高压泵的转速及喷管口径决定； kv是比例系数，取决于工件转速与射流体的相对速度是比例系数，取决于工件转速与射流体的相对速度7.Hui Fang, Peiji Guo, Jingchi Yu,“ Research on the Mathematical Model of Fluid Jet Polishing ”,SPIE, 2019. 的影响的影响( , )

7、( , )( , )*x yx yx yzRD0*miiiki kkzhdh diiizhd材料去除量是去除函数与驻留时间决定的（一理论基础Z(x,y)材料去除量；R(x,y)去除函数 ；D(x,y)驻留时间（二离散卷积（二离散卷积0,1,imn（1）00101210021(1)(2)(1)()2(1)()(1)1(1)(2)200000000000000mmmm nm nmmmm nm nmmm nm nnmmm nhzhhzhhhdzdhhhhhdzhhhhzhhhdzhz （1式可表示为式可表示为（2）(, )( ,1)(,1)(3)n m nnn mHDZ（2简化为：简化为：-50-4

8、0-30-20-1001020304050-4-202468mmmin11()iiiiDDkHZZ11()iiiiDDkHZZ（4）利用反复跌代方法88.Hui Fang, Peiji Guo, Jingchi Yu,“ Dwell function Algorithm in Fluid Jet Polishing”,Applied Optics. Accepted.设驻留时间设驻留时间Di 的值正比于预计的材料去除量的值正比于预计的材料去除量Zi，代入方，代入方程程2）,使矩阵计算沿着正向进行。使矩阵计算沿着正向进行。得到的材料去除量得到的材料去除量Zi+1与与Zi之间的差值将作为新的驻留函

9、之间的差值将作为新的驻留函数，直至面形误差满足要求为止数，直至面形误差满足要求为止图4.4实验结果图4.3理论结果图5.1 面形误差收敛情况u高斯型去除函数能达到迅速收敛面形误差及提高加工精度的目的喷射角为30喷射角为0（1SiC (W10)的抛光结果七、表面粗糙度七、表面粗糙度P=7bar（1SiC (W10)的抛光结果七、表面粗糙度七、表面粗糙度（2SiC (W2.5)的抛光结果u结果分析u利用液体喷射抛光技术可以改善细磨后的表面粗糙度，但并不能达到光学表面Ra小于12nm）七、表面粗糙度七、表面粗糙度初始表面粗糙度Ra=0.645nmP=7bar1650TMCEROX七、表面粗糙度七、表

10、面粗糙度七、表面粗糙度七、表面粗糙度7.1 不同材料所得到的表面粗糙度不同材料所得到的表面粗糙度1、 与显微硬度Hk的关系七、表面粗糙度七、表面粗糙度u对于软并脆的火石玻璃(ZF6, ZF1, F1, BaF8, ZBaF3)，所得到的的表面粗糙度随显微硬度的增加而减小u而对于较硬的硅酸盐玻璃K9, ZK1），情况则相反 u与固着磨料抛光结果相反99 John C. Lambropoulos, et al，Surface microroughness of optical glasses under deterministic microgrinding, APPLIED OPTICS, Vo

11、l. 35, No. 22 ,1 August 2019,4448-4462 （2） 与杨氏模量E和显微硬度(Hk)的关系0.51.4kESRH2()ckKH七、表面粗糙度七、表面粗糙度u结果u近似线性关系，但大压力611bar对表面粗糙度的增加量比小压力25bar的效果大七、表面粗糙度七、表面粗糙度七、表面粗糙度七、表面粗糙度喷射角度不同，得到的表面粗糙度的值也不同以不同的角度喷射时，磨料粒子对工件产生的冲击及剪切力不同七、表面粗糙度七、表面粗糙度u 固着磨料抛光deterministic microgrinding）9：1 2vEH1 2vESRH Aleinikov and Kryuko

12、va7,8 SiC abrasive particles(100150um)1vSRH2 ()ckKSRH10 John C. Lambropoulos, et al, Loose abrasive lapping hardness of optical glasses and its interpretation. APPLIED OPTICS, Vol.36, No.7, March, 2019, 1501-1516.基础型研究基础型研究去除方式去除方式去除方式去除方式11 H.X.Zhao,et al, Slurry erosion properties of ceramic coati

13、ngs and functionally gradient materials, Elsevier Science,2019(473479) .去除方式去除方式去除方式去除方式基础型研究基础型研究12Konstantin Babets, Numerical modeling and optimization of waterjet-based surface decontamination, January ,2019需要解决的问题： 粒子冲击工件时，工件吸收粒子能量的方式？现有的理论： a、粒子的能量一部分用来使工件发生塑性变形； b、粒子能量以压力波的形式传播，使材料去除； c、剩余的能量

14、：主要引起粒子碎裂 下表面破坏层下表面破坏层Z 存在的问题：Z（1） 冷杉胶粘结时存在缝隙，会有抛光粒子进入，则该抛光粒子若受到抛光盘的作用力，会对抛光过的待测面有一定的作用力，所以测量下表面破坏层时会有疑问下表面破坏层是由何处的粒子引起的？）Z（2研磨过的表面，则该表面是不是也会残留研磨留下的破坏层二、下表面破坏层二、下表面破坏层下表面破坏层下表面破坏层测量前准备：切割；打磨：保证将由切割时产生的破坏层去除抛光：酸腐蚀：用“Yang” 水 (H2O: HF49%: Cr2O3 = 500 ml: 500 ml: 75 g)，室温下作用五分钟缺陷：只能测量特定区域的情况 测量前的准备工作比较复

15、杂 下表面破坏层下表面破坏层下表面破坏层下表面破坏层下表面破坏层下表面破坏层An incident monochromatic laser beam is focused on the surface of a specimen. The scattered light is then collected by a multielement lens that focuses the light on the entrance slit of a spectrometer (detection device). B y u s i n g d i f f e r e n t w a v e l

16、 e n g t h s , t h e penetration depth of light is changing, thus, by varying the wavelength it is possible to probe the different depths of the sample. 下表面破坏层下表面破坏层下表面破坏层下表面破坏层0.680.850.32LSSDL13Joseph A. Randi, et al, Subsurface damage in some single crystalline optical material, Applied Optics, Vol.44, No.12,