磁流变动压平面抛光过程研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）磁流变动压平面抛光过程研究董敏二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501034广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)磁流变动压平面抛光过程研究董敏指导教师姓名、职称：阎秋生教授学科(专业)或领名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)Studyonthemagnetorheological

2、hydrodynamicpressurepolishingprocessforflatSurfaceCandidate:DongMinSupervisor:Prof.YanQiushengMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要随着光电技术、信息电子技术以及半导体照明技术的飞速发展，超光滑表面加工的需求越来越多，精度要求达到纳米级甚至亚纳米级的表面粗糙度、微米级的面形精度以及没有表面与亚表面损伤。传

3、统的超精密抛光技术由于效率低、成本高、易于产生表面损伤等，难以满足越来越高的要求。本文在比较分析国内外磁流变加工技术和流体动压研究的基础上，将集群磁流变平面抛光原理与流体动压原理相结合，提出了磁流变动压平面抛光技术，提供一种高效无损伤的平面抛光方法，显著提高抛光效率，通过基础理论方面和工艺实验方面的研究，探讨了其加工机理。首先，设计了V形、U形、矩形、孔洞形等不同盘面微结构的抛光盘，对不同结构抛光盘流体动压力进行建模计算并分析了流体动压力分布，通过Matlab对V形结构、U形结构、矩形结构等几种模型压强及动压力公式进行数值仿真分析，得到当h1/h2>2时，动压力有V形结构>U形结构>

4、矩形结构；在W2部分占整个微结构部分四分一至二分之一左右长度时，产生的动压力比较大；优化设计了V形沟槽、U形沟槽、矩形沟槽以及阵列孔洞结构抛光盘结构参数。探讨了流体动压效应下磨粒及磁性粒子的运动形式及材料去除机理。其次，搭建了加工过程抛光力测量平台，采用不同结构抛光盘进行工件转速、加工间隙等主要影响因素对实际抛光力的影响实验，得出了抛光盘表面不同微结构对抛光力的影响有正反两方面效果，其中V形盘和U形盘产生了动压力，而矩形盘对抛光力产生了负面效果；0.8-0.9mm间隙时，V形盘比平盘正压力高了近10N，切向力高了近16N；转速为500-550r/min时，V形盘和U形盘比平盘正压力分

5、别高了15N和20N左右，切向力分别高了8N和5N左右。正确设计抛光盘表面微结构参数是是实现磁流变动压平面抛光的关键，证明了抛光盘表面加工有V形沟槽、U形沟槽等特定表面结构可形成流体动压力，验证了磁流变动压平面抛光的可行性。最后，搭建完成磁流变动压平面抛光实验台，以材料去除率和表面粗糙度为评判标准，研究了工件转速、加工间隙、铁粉浓度以及磨料浓度对抛光效果的影响，不同微结构抛光盘的材料去除率从大到小得顺序为V形盘>U形盘>平面盘>孔洞I广东工业大学硕士学位论文盘>矩形盘；其中V形盘比平盘提高了约25%。通过优化的工艺参数，在加工间隙1.0mm、工件转速550r/min、铁粉浓度20wt

6、%、磨料浓度8wt%、主轴偏摆20mm的工艺参数条件下，采用3μm的碳化硅磨料抛光单晶硅基片，在平盘、V形结构、U形结构盘上进行了抛光实验，其中V形盘获得表面粗糙度小于Ra8nm的超光滑表面，且硅片表面镜面效果较好。关键词：磁流变，平面抛光，流体动压，盘面微结构，抛光力IIAbstractABSTRACTWiththerapiddevelopmentofoptoelectronictechnology,informationelectronicsandsemiconductorlightingtechnology,thedemandforultra-smoothsurfaceproc

7、essingisincreasing.Accuracyisrequiredtoreachnanometerorevensub-nanometersurfaceroughness,micrometer-levelsurfaceaccuracy,andnosurfaceandsubsurfacedamages.Thetraditionalultra-precisionpolishingtechnologyisdifficulttomeethigherandhi