[00654266]难加工材料纳米级精度加工技术及装备

纳米级精度加工技术及装备作为超精密制造的顶峰和最新前沿技术，是衡量一个国家制造水平的重要标志。随着中国航空航天、汽车、光学、光电信息等产业的迅速发展，各类高精度、难加工材料产品(例如各种高精度光学玻璃透镜及其模具)的需求量剧增。该类产品多采用碳化钨、高硬合金、光学玻璃等硬脆难加工材料，并且需要达到PV100-200nm的面型精度、纳米级表面粗糙度，因此，对相关技术及装备的需求日趋迫切。而在其加工过程中，中国主要存在以下难题：1)国内缺乏该类技术和装备，国外只有单一超精密磨床和研磨机，加工分别在这两种装备上进行，存在多种误差，加工效率低，且装备引进困难；2)加工多针对常规口径，国内外均缺乏理想的小口径、复杂面形高精度抛光技术，依赖于手工研磨，质量不稳定、效率低；3)国内机床精度低，需开发新的纳米级进给驱动系统；4)纳米磨削时所需小直径微粉砂轮未实现国产化，进口砂轮存在多种问题。针对上述难题，项目从三个层面上展开：1)针对难加工材料加工过程中的关键科学问题和技术难题，提出了一套创新性的高效、纳米级加工技术；2)根据所提出的技术和工艺，开发相应的工艺装置和软件；3)将相关技术、软件及装置集成，研制了达到国际先进水平的纳米级精度装备。项目主要技术内容包括：1)发明了集纳米磨削、车削及研磨于一体的纳米复合加工技术，大大提高了难加工材料加工精度和效率，填补了国内外空白。2)所开发的装备集成了纳米级驱动进给系统、超精密空气主轴、纳米级在位测量系统等多种高精度附属装置，实现了纳米级精度加工。3)发明了超精密无芯直线电机，实现了相应驱动系统的自主制造；并在国内首次将其应用于超精密加工装备，实现了装备各轴的纳米级精度驱动与控制。4)针对小口径、复杂面形加工，发明了基于磁场辅助的磁性复合流体斜轴研磨工艺及装置，获得纳米级表面粗糙度，解决了小口径、复杂面形自动化抛光难题。5)发明了基于磁场控制微细砂轮制造方法，研发出磨粒均布的小直径微粉砂轮，大大提高加工表面质量的均匀性。开发了新型喷嘴电解ELID修锐技术，解决了小直径砂轮修锐难题。该项目通过研究，掌握了难加工材料纳米磨削及抛光的核心技术，完成了具有自主知识产权的纳米级精度复合加工装备的研制，所加工的透镜模具面型精度PV值达到200nm以下，表面粗糙度Ra值达到1-2nm。项目实现了示范应用，满足了光电通讯、光学、信息等产业的需求，提升了中国超精密加工技术与装备的创新和自主研发能力，对带动中国纳米加工技术的发展具有重要意义，同时也对促进相关行业和经济发展有较强的辐射作用。项目所开发的装备经湖南省机械产品质量监督检测总站检验，并经中国机械工业联合会鉴定，整体技术达到了国际先进水平。出版专著4本，发表高水平论文40余篇，其中SCI收录10篇，EI收录39篇，申请专利14项。研究成果在超精密加工装备、光学制造等领域得到广泛应用，创造经济效益2.4亿元，利税5465余万元。项目多项关键技术填补了国内空白。