一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110328575A(43)申请公布日2019.10.15(21)申请号201910385530.5(22)申请日2019.05.09(71)申请人东北大学地址110169辽宁省沈阳市浑南区创新路195号(72)发明人王钊马哲伦赵雨陈豪于天彪赵继(74)专利代理机构北京易捷胜知识产权代理事务所(普通合伙)11613代理人韩国胜(51)Int.Cl.B24B13/00(2006.01)G06F17/18(2006.01)权利要求书5页说明书11页附图3页(54)发明名称一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法(57)摘要本发明属于材料加工技术领域，尤其涉及一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法。该方法包括如下步骤：确定微凸峰-工件间的接触信息；获取磨粒尺寸分布函数；根据接触信息及预先获得的抛光液浓度，获取有效磨粒数；结合接触信息和磨粒尺寸分布函数，确定磨粒-工件间的相对运动方式；根据磨粒-工件间的相对运动方式，确定工件表面材料的去除方式及产生的痕迹轮廓；根据单颗磨粒受力情况，并结合抛光头相对工件的运动情况，获得磨粒的运动轨迹；根据磨粒-工件间的相对运动方式、磨粒的运动轨迹，获得工件表面的形貌轮廓。本发明提供的预测方法的预测结果更加准确，同时为光学硬脆材料抛光加工过程中的参数设置提供参考，提高抛光效率。CN110328575ACN110328575A权利要求书1/5页1.一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法，利用抛光头和抛光液中的磨粒对工件表面进行抛光，其特征在于，包括如下步骤：S1、借助于计算机程序获取通过设备扫描统计的抛光头微凸峰数量及尺寸，确定微凸峰-工件间的接触信息，所述接触信息包括各个微凸峰与工件的接触面积及接触压强；S2、借助于计算机程序获取通过设备扫描统计的磨粒尺寸分布函数；S3、根据步骤S1得到的微凸峰-工件间的接触面积及预先获得的抛光液浓度，获取接触面积内的有效磨粒数；S4、借助于计算机程序，结合步骤S1得到的微凸峰-工件间的接触压强和步骤S2得到的磨粒尺寸分布函数，分析单颗磨粒受力情况，确定单颗磨粒在工件表面和抛光头表面的压入深度，进而确定磨粒-工件间的相对运动方式；所述相对运动方式包括滚动运动和滑动运动；S5、根据磨粒-工件间的相对运动方式，确定工件表面材料的去除方式及产生的痕迹轮廓；S6、根据步骤S4得到的单颗磨粒受力情况，并结合抛光头相对工件的运动情况，获得磨粒的运动轨迹；S7、借助于计算机程序，根据磨粒-工件间的相对运动方式、产生的痕迹轮廓及磨粒的运动轨迹，获得单颗磨粒在工件表面产生的形貌轮廓，结合所述有效磨粒数进行叠加，获得工件表面的形貌轮廓。2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤S1中，首先建立抛光头微凸峰顶部分布函数：式中，Rp为抛光头微凸峰顶部球形的半径，up为抛光头微凸峰顶部球形的平均半径，σp为抛光头微凸峰顶部球形半径分布的标准差，为抛光头微凸峰顶部球形半径为Rp的概率；其次，设抛光头底面积为A，则抛光头微凸峰数量Nt为：Nt＝ηtA(2)式中，ηt为抛光头表面微凸峰的密度；设抛光头的加载力为F,F等于抛光头表面每个微凸峰-工件间接触力的合力：12inF＝Fp-w+Fp-w+...+Fp-w+...+Fp-w(3)i式中，n为抛光头与工件间接触的微凸峰数量，且n≤Nt，Fp-w为抛光头第i个微凸峰-工件间接触力，根据赫兹接触理论表示为：式中，Ep、γp分别为抛光头的弹性模量和泊松比，Ew、γw分别为工件的弹性模量和泊松ii比，Rp为抛光头第i个微凸峰的顶部球形的半径，λp-w为第i个微凸峰-工件间的接触深度，表示为：2CN110328575A权利要求书2/5页根据赫兹接触理论，抛光头第i个微凸峰-工件的接触面积Si表示：iiiS＝πRpλp-w(6)抛光头-工件间的实际接触面积Ss表示为：12inSs＝S+S+...+S+...+S(7)抛光头第i个微凸峰-工件间竖直方向的接触压强Pi可以表示为：3.根据权利要求2所述的预测方法，其特征在于，所述步骤S2中，建立磨粒尺寸分布函数：式中，d为磨粒直径，μ是磨粒平均直径，σa是粒径分布的标准差，表示磨粒尺寸为d的概率值。4.根据权利要求3所述的预测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：根据抛光液浓度、微凸峰-工件间的接触面积，获得有效磨粒数；抛光液中磨粒质量mj表示为：mj＝Mjφj(10)式中，Mj为抛光过程中喷射的抛光液的质量，φj为抛光液中磨粒的质量比；根据磨粒尺寸分布函数和抛光液中磨粒质量mj，借助于计算机程序获得喷射于工件表面的抛光液中磨粒的总数量Na；A进一步地，抛光头底部磨粒数量Na表示为：式中，S为抛光液-工件总接触面积；进一步