磁流变抛光

摘要： 针对自由曲面光学元件面形较复杂的特点,文中提出了一种磁流变抛光最佳的压力场获取方法。首先通过对磁流变抛光自由曲面光学元件抛光区域的压力场进行分析,得到压力场影响因素;其次,结合压力场影响因素,基于几何相贯理论建立压力场量化形态学评价方法;然后,基于自由曲面的几何模型,将该方法分别用于平面、不同曲率的球面和自由曲面,进行不同浸入深度和不同角度的分析,得到对应的压力场面形,再进行压力场形态学评价计算;最后通过对所得的实验数据进行分析,证明该方法能够很好地表征压力场形态学参数。

摘要： 随着超光滑平面器件的需求越来越大,要求器件表面粗糙度需达到纳米级,面形精度达到微米级,且无表面和亚表面损伤。传统超精密抛光技术效率低、成本高、不易控制,易产生表面、亚表面损伤,难以满足生产的要求。磁流变抛光技术(MRF)是利用磁流变抛光液在磁场中的流变性对器件表面进行抛光的一种新兴的超精密加工技术,其抛光过程可被有效控制,且能够实现精准抛光,可达到超精密的质量要求。本文对磁流变抛光技术中磁流变液和磁极等关键参数进行了分析和总结,详述了磁流变液的组成部分、常见材料以及三大指标(沉降稳定性、磁力学特性和剪切屈服应力)。研究结果表明,磁流变液的沉降率和稳定性都与磁流变液中的成分密切相关,磁敏微粒不同,磁流变液的沉降率也各有不同,通过使用不同的添加剂改变磁敏微粒的表面活性,从而改变磁流变液的沉降性能;磁流变液的组成部分中磁敏微粒作为唯一有效的导磁材料,影响着磁流变液的磁力学特性;磁场作用下,磁敏微粒逐渐形成链状结构,处于凝聚状态,当磁敏微粒的磁化强度不断增大时,剪切应力也呈现出明显增大的趋势。同时本文综述了磁场发生装置中磁极的不同形态对磁场的影响以及磁极的不同布列方式对磁场和抛光效果的影响,阐述了不同的磁极排列方式对磁场大小和抛光垫均匀性的影响规律。相比其他形状的磁极,圆柱形和方形柱状磁体是最理想的两种永磁体形状。本文总结了目前磁流变抛光技术的工艺研究的新方向,包括集群磁流变抛光技术、可以加工曲面的组合磁流变抛光技术、全球面包络磁流变抛光技术以及超声磁流变复合加工技术,介绍了这几种加工方法的工作原理以及能够达到的工艺效果,最后总结了现阶段磁流变抛光技术研究中存在的问题,并对其今后的发展方向进行了展望。

摘要： 凸光学元件在磁流变抛光区域的几何特性对制造高精度、高表面完整性光学元件有重要影响,凸光学元件曲率、嵌入深度与角度的变化将引起磁流变抛光区域压力场的变化。为了研究凸光学元件不同的曲率、嵌入深度与嵌入角度下抛光区域的压力场,首先通过建立磁流变抛光过程中压力模型,对抛光区域的压力进行分析;其次基于Kahan数值方法建立了多场耦合积分的快速计算方法。最后,计算凸光学元件在不同曲率、嵌入深度及角度下得到磁流变抛光区域压力场分布,研究凸元件在磁流变抛光区域受几何特性影响的工艺规律;得出结论:在磁流变抛光过程中通过改变凸光学元件曲率、相同曲率下的嵌入深度以及角度的情况下,当加工凸元件曲率增大时,磁流变抛光区域压力场会随之增大;当凸元件曲率一定、嵌入深度逐渐变深时,磁流变抛光区域压力场会增大;当凸元件曲率一定、嵌入角度增加时,磁流变抛光区域压力场会随角度先增大再减小。

摘要： 首先阐述机床与工件相对运动的去除机理以及对去除函数的稳定性进行表征,然后对工件在平面以不同速度做平动以及绕定点转动得到的去除函数稳定性进行研究,最后通过数值实验验证。得出结论:X方向速度导致去除函数不稳定;Y方向运动速度增大导致去除函数稳定性波动;摆动弧度小于0.5 rad时去除函数越稳定,超过则不稳定。

摘要： 为研究磁流变抛光表面粗糙度与工艺参数之间的关系,本文建立数学模型并进行了求解验证。通过分析磁流变抛光技术的原理以及磁流变抛光过程中的材料去除机理,结合Preston方程建立磁流变抛光力学模型。分析工件表面受到的正压力,依据磁流变抛光机理对氧化锆陶瓷工件理论模型的流体动压力和磁场产生的磁化压力进行求解分析,具体化磁流变抛光的力学模型,解得正压力。对磁流变抛光的表面粗糙度进行建模,依据单颗磨料的材料去除作用模型建立磁流变抛光的表面粗糙度数学模型,分析抛光过程中影响表面粗糙度的具体因素,并通过MATLAB软件对方程进行仿真求解,得到磁场强度和磨料粒径对表面粗糙度的影响规律。结果表明,表面粗糙度和工件的压入深度存在一阶线性关系;当磨料粒径固定不变时,表面粗糙度随着磁场强度的增大而增大;当磁场强度固定不变时,表面粗糙度值与磨料粒径之间呈现正比关系。通过实验证明了模型和仿真结果的准确性,仿真分析得到的磁场强度与磨料粒径的关系,磁场强度与表面粗糙度之间的关系与实验一致,确定的磁场强度合理范围为0.4T左右,磨料粒径在2.5μm左右。

摘要： 磁流变抛光缎带二次型断面几何形状及嵌入深度是影响磁流变抛光过程压力场大小的重要因素。文章通过建立平面、球面和凸面3种实验模型,对实验断面嵌入深度和形状进行交叉组合对比实验。对比不同形状的二次型断面对磁流变抛光压力场创成的影响;探究嵌入深度改变的情况下其对抛光缎带压力场强度创成的影响及抛光缎带去除效率的影响。实验结果表明,凸面二次型断面在不同嵌入深度下的整体压力值为3个模型中最大;在平面二次型断面中,嵌入深度与压力场的水平呈现正相关;在球面二次型断面模型中,随着球面二次型断面嵌入深度的不断改变,其压力值呈现出集中分布的现象,仅有极少数区域压力值偏离压力值集中分布区,压力值集中分布区域为5.57~8.24 MPa;在凸面二次型断面模型中,凸面二次型断面嵌入深度与整体压力值也呈现正相关的关系。

摘要： 近年来,磁流变抛光作为一种确定性加工方法已成为获得高精度非球面的重要手段。作者以回转对称二次抛物面为例,分析了磁流变抛光中使用抛光轮校正工件位置的理论方法,并通过实验在Φ230 mm熔石英样件上验证对刀理论,分别在X方向和Y方向以少于3次的调整次数校正工件位置,实现了X方向、Y方向偏置量均低于0.009 mm;采用磁流变抛光技术对工件进行了修形实验验证,加工后面形精度RMS由λ/7收敛至λ/40。实验结果表明:作者提出的非球面工件位置对刀校正方法简单、可靠,能够很好地对工件进行精确定位,利于高精度非球面磁流变抛光加工。

摘要： 磁流变抛光技术是在光学发展中为满足光学元件加工精度的要求,而衍生出的一种新型精密抛光技术。通过对磁流变抛光技术原理的研究提出其核心技术的关键因素。根据核心技术的影响因素设置问题和工艺参数,结合流体动力学的研究方法和理论,分析磁流变液密度、流速对磁流变抛光技术工艺加工的质量和效率的影响,并使用有限元分析软件对抛光过程进行仿真。对磁流变抛光过程抛光区域进行局部模拟仿真分析,并开展交叉参数进行验证。将不同密度的磁流变液分别设置为相同状态下的空气和水,并对初始速度进行对照实验验证。发现了磁流变液的速度、压强和磁流变液的密度这几个工艺参数之间的相互作用机制与内在联系。

摘要： 针对抛光粉沉降特性数值计算这一超大规模非线性问题,基于Kahan线性化解决了超大规模流固耦合计算问题。研究了以羟基铁粉和硅油为主要成分组合而成的抛光粉多相流在梯度磁场下抛光区域的沉降特性。以质量分数70%、粒径5μm的羟基铁粉和粘度为0.973 Pa·s的硅油组合而成的抛光粉为研究对象,实现了不同的抛光轮转速、不同嵌入深度以及不同羰基铁粉质量分数情况下的沉降规律分析。结果发现:磁流变抛光区域的抛光粉会随着抛光轮转速的增大而增多;当到达出口时,抛光粉的分布趋于稳定状态;抛光粉会随着嵌入深度的增加而增多并存在饱和区;羟基铁粉的质量分数以非线性的方式影响沉降能力。

摘要： 为提高光电晶片的磁流变抛光效率并实现其超光滑平坦化加工,提出其磁流变变间隙动压平坦化加工方法,研究不同变间隙条件下蓝宝石晶片的材料去除率和表面粗糙度随加工时间的变化,并分析磁流变变间隙动压平坦化加工机理。结果表明:通过蓝宝石晶片对磁流变抛光液施加轴向低频挤压振动,其抛光压力动态变化且磁流变液产生挤压强化效应,使抛光效率与抛光效果显著提升。在工件下压速度为1.0 mm/s,拉升速度为3.5 mm/s,挤压振动幅值为1 mm条件下磁流变变间隙动压平坦化抛光120 min后,蓝宝石晶片的表面粗糙度Ra由6.22 nm下降为0.31 nm,材料去除率为5.52 nm/min,相较于恒定间隙磁流变抛光,其表面粗糙度降低66%,材料去除率提高55%。改变变间隙运动速度可以调控磁流变液的流场特性,且合适的工件下压速度和工件拉升速度有利于提高工件的抛光效率和表面质量。

摘要： 针对在航天航空高性能惯性导航仪中广泛使用的一种硬脆薄壁复杂结构件的超精密抛光加工需求,提出了一种采用小直径永磁球形抛光头的磁流变抛光方法,并研制了专用抛光加工实验装置.该硬脆薄壁复杂结构件由熔石英材料加工而成,其形状为带有中心支撑杆的半球形薄壁壳体,由于其结构形状特殊,壁厚较薄以及硬脆材料的难加工性,其超精密抛光需要采用具有特定运动形式的专用加工装置.

摘要： 对于碳化硅反射镜的硅改性层,实验室自研的磁流变抛光液在抛光过程中,存在一种不同于传统抛光技术的表面缺陷,该表面疵病表现为细长划痕,划痕深度从较深逐渐变浅,直至消失,即“彗尾”现象.“彗尾”缺陷严重影响碳化硅反射镜的表面粗糙度,使得修形精度很高的磁流变抛光技术无法在碳化硅反射镜改性层上有效利用.

摘要： 硫化锌是一种优异的多光谱红外光学材料,是整流罩、红外透镜、窗口、红外热像仪等红外光学系统的首选材料,是国防和航空航天领域不可或缺的关键材料.大口径硫化锌离轴非球面由于材料软脆、精度高,传统超精密加工方法十分困难.本文研究基于磁流变抛光的确定性方法进行大口径硫化锌离轴非球面磁流变抛光的修形技术,研究了磁流变抛光机床多轴联动运动学模型以及适合硫化锌非球面抛光的后置处理方法,研究了硫化锌非球面磁流变抛光的关键工艺工艺算法.基于自研磁流变抛光机床开展大口径硫化锌离轴非球面抛光实验,最终实现了其高精度面形修正.验证了其运动控制、轨迹规划、驻留时间求解算法具有一定的可行性.

摘要： 电火花线切割(WEDM)是加工精密冲压模具的主要方法,但其较为粗糙的加工表面和加工表面的电蚀层严重影响着成型产品的质量和模具的寿命.因此,通常要对其进行抛光处理,但对于型腔模具内表面,由于抛光工具无法触及,成为模具加工领域的一大技术瓶颈.项目提出一种针对电火花线切割型腔模具的新的整体式磁流变抛光方法,利用线切割加工同时加工出形状相互吻合的型芯和型腔两个工件的特点,采用型芯工件与电磁铁一起组成整体式磁性抛光模,然后吸附添加在抛光液中的铁粉和磨料,使其快速往复磨削型腔工件内表面,进而实现柔性的、高效率的整体式抛光.

摘要： 针对非球面光学元件连续变曲率的特点,提出了一种基于平面抛光斑演绎获取非球面磁流变抛光去除函数的技术思路.演绎方法利用实验测得的平面去除函数,结合去除函数几何因素的作用机理,将抛光斑演绎到不同曲率以及不同浸深条件下的光学元件表面,从而实现对复杂面形磁流变抛光去除函数的预测.该方法综合了实验测试法和理论计算法的优势,在效率和可靠性方面都有所改进.通过实验测得的球面去除函数与演绎获得的去除函数进行对比,表明了该方法的正确性.

摘要： 磁流变抛光技术具有高效率、高精度、高表面质量等优点,是强光光学零件比较理想的加工方式.但由于磁流变抛光的去除函数束径比工件尺寸小很多,在有效去除低频误差的同时,易产生中高频误差,将使激光光束产生非线性自聚焦效应和表面损伤,影响强激光系统的运行安全.中频误差控制方法已成为磁流变加工乃至柔性抛光技术领域的主要技术瓶颈.对磁流变抛光中的中频误差抑制方法进行了较为系统的研究,从驻留时间、抛光轨迹、去除函数三个方面进行了阐述,并对驻留时间和抛光轨迹进行了相关实验,期望为中频误差的控制提供一定的指导作用.

摘要： 电火花线切割贯通形型腔模具的内腔形状复杂,要求精度高,一般的抛光方法很难达到要求,在加工型腔模具的过程中,切割的内型与型腔模具相符合,如果能利用内型抛光型腔,会极大地降低成本.针对这一问题,提出了一种新的型腔模具磁流变抛光方法,并对其磁场分布进行了分析.该方法是利用加工型腔模具时切割下来的内型,与柱状磁铁连接,在其表面产生磁场,并对浸在磁流变抛光液中的型腔模具进行往复循环抛光.这种方法不用单独制作与型腔形状吻合的永久磁铁抛光磨具,节省成本,提高了效率.

摘要： 根据磁流变抛光原理，研制了一台可控磁场的磁流变抛光设备，并利用该设备对磁场强度、抛光轮转速、间隙等磁流变抛光工艺参数进行了试验研究。

摘要： 磷酸二氢钾(KDP)晶体是目前广泛使用的非线性光学晶体材料,在强激光光学工程中具有不可替代的作用.大口径KDP晶体的磁流变抛光需要较长的时间,因此,抛光液去除函数的稳定性是影响KDP晶体表面质量的关键因素.从水含量稳定性及粘度稳定性两个方面,分别研究了水分变化和粘度变化对去除函数的影响规律.提出了基于电导率法的油基抛光液中微量水检测方法,获得了补水策略,抛光液中合适的水含量为3％-5％.研究发现颗粒氧化和团聚是影响抛光液粘度波动的主要因素,因此需要采用颗粒表面包覆处理和柔和的制备工艺,从而保证颗粒表面包覆层保持稳定.最终的410×410mmKDP晶体的磁流变抛光实验得出,去除函数能够保持长时间稳定,表面面形由PV4.36λ,收敛至PV1.317λ.

摘要： 本文采用铜基研磨盘对氮化硅瓷片进行研磨加工实验,再用自行研制的动态磁场集群磁流变抛光装置进行磁流变抛光实验,达到了预期效果.原始表面粗糙度Ra404nm的氮化硅瓷片,经研磨5分钟,再抛光2h后,表面粗糙度达到4.56nm.

摘要： 本发明公开一种磁流变三维拋光装置及磁流变拋光液。磁流变三维拋光装置包含拋光容器及磁场发生器。其中，拋光容器具有容置空间，且容置空间容置拋光液及工件。拋光容器设置于磁场发生器上，且与磁场发生器同步旋转。其中拋光容器和磁场发生器可以一起以预定速度旋转，以增加拋光效率。

摘要： 本发明公开了一种基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，涉及磁流变抛光工艺的技术领域，解决了抛光技术前期准备工作繁琐，操作步骤较多，导致加工前期准备工作耗时较长，使加工效率较低、加工成本较高的问题，磁流变液为典型的非牛顿流体，其粘度与温度密切相关，降低粘度能够减少磁流变液流动时的自身阻力，从而提高磁流变液的流动性，本发明通过光纤激光器对磁流变液进行加热，通过激光辐照降低抛光区域磁流变液粘度，激光辐照产生的热量被流动的磁流变液带走，避免了对温升对磁场强度的削弱，同时改善抛光间隙内部磁流变液流动性，促进抛光区域磁流变液更替，有效减少了加工前的准备工作，大大提高了抛光精度和加工效率。

摘要： 本发明公开了一种磁流变抛光组件和磁流变抛光装置，其特征在于，包括呈圆形的抛光槽和设置在所述抛光槽下方的磁场发生装置，所述磁场发生装置包括沿横向和纵向呈矩阵排布的磁铁，在横向和纵向上，任意相邻两个磁铁朝上的磁极相反，在磁流变液中形成多个“微磨头”；所述磁场发生装置上还连接设置有用于使所述磁场发生装置的磁场整体绕所述抛光槽的中心轴转动的磁场驱动模组。本发明的磁流变抛光组件和磁流变抛光装置均具有能够在磁流变液中形成多个旋转的动态“微磨头”，有利于提高磨削的去除效率和均匀性等优点。

摘要： 本发明公开了一种轮环式磁流变抛光头及磁流变抛光机床，本发明轮环式磁流变抛光头包括固定悬挂板和贯穿固定悬挂板且可转动的传动轴，所述传动轴的端部设有环形抛光轮，所述固定悬挂板上靠近环形抛光轮的一侧悬挂安装有用于通过磁场使得磁流变液体形成固体状态在环形抛光轮表面形成磁流变液抛光区的永磁装置，所述永磁装置为带开口的环形结构，且所述永磁装置与环形抛光轮两者同轴心布置。本发明可实现磁流变液循环，去除函数稳定、材料去除效率高、材料去除效率稳定、抛光后表面质量高和结构简单、便于控制，可实现对光学元件等各类加工工件表面的高效率和高表面质量抛光。

摘要： 本发明属于磁流变抛光技术领域。基于目前磁流变抛光设备，床身单元和磁流变抛光单元在控制方面存在不期望的深度耦合的问题，本发明提供一种磁流变抛光旁路控制的装置与方法、磁流变抛光设备，装置包括三工位旋转开关、机床单元电源、抛光单元电源Ⅰ、抛光单元电源Ⅱ；开关置于电源关位时，设备不工作；开关置于抛光位时，电源单元均通电，设备工作于抛光模式；开关置于旁路位时，机床单元电源、抛光单元电源Ⅰ断开，抛光单元电源Ⅱ通电，设备工作于旁路模式；旁路工作模式下，不进行抛光工艺，仅需对磁流变液循环更新。目的在于通过对磁流变抛光设备床身单元和抛光单元进行控制上的解耦设计，最大化实现可靠性工作、最大化节能、并延长装置寿命。

摘要： 本发明公开了一种基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，涉及磁流变抛光工艺的技术领域，解决了抛光技术前期准备工作繁琐，操作步骤较多，导致加工前期准备工作耗时较长，使加工效率较低、加工成本较高的问题，磁流变液为典型的非牛顿流体，其粘度与温度密切相关，降低粘度能够减少磁流变液流动时的自身阻力，从而提高磁流变液的流动性，本发明通过光纤激光器对磁流变液进行加热，通过激光辐照降低抛光区域磁流变液粘度，激光辐照产生的热量被流动的磁流变液带走，避免了对温升对磁场强度的削弱，同时改善抛光间隙内部磁流变液流动性，促进抛光区域磁流变液更替，有效减少了加工前的准备工作，大大提高了抛光精度和加工效率。

摘要： 本发明公开了一种磁流变抛光机床磁流变液循环系统，包括：储液罐、第一蠕动泵和变径背压管路；所述第一蠕动泵的一端与所述储液罐相连，另一端与所述变径背压管路相连，所述变径背压管路的末端连接喷嘴；所述喷嘴对准抛光轮；其中，所述变径背压管路中设置有脉冲阻尼器，且所述变径背压管路的管径从大逐渐变小，然后再逐渐变大。利用脉冲阻尼器消除大尺度的流量波动，利用变径背压管路进一步消除小尺度磁流变流量脉冲，使得磁流变液流量稳定，即便在低流量工况下也具有很高的控制精度。

摘要： 本实用新型属于磁流变抛光技术领域。基于目前磁流变抛光设备，床身单元和磁流变抛光单元在控制方面存在不期望的深度耦合的问题，本实用新型提供一种磁流变抛光旁路控制的装置、磁流变抛光设备，装置包括三工位旋转开关、机床单元电源、抛光单元电源Ⅰ、抛光单元电源Ⅱ；开关置于电源关位时，设备不工作；开关置于抛光位时，电源单元均通电，设备工作于抛光模式；开关置于旁路位时，机床单元电源、抛光单元电源Ⅰ断开，抛光单元电源Ⅱ通电，设备工作于旁路模式；旁路工作模式下，不进行抛光工艺，仅需对磁流变液循环更新。目的在于通过对磁流变抛光设备床身单元和抛光单元进行控制上的解耦设计，最大化实现可靠性工作、最大化节能、延长装置寿命。

摘要： 本实用新型公开磁流变抛光永磁式励磁单元体、励磁装置及其抛光机构。其中，所述永磁式励磁单元体包括：磁轭、永磁体、隔磁板。所述磁轭为扇形块，其具有扇形内腔。所述永磁体为与扇形内腔形状相同的扇形块体，该永磁体位于所述扇形内腔中，且沿所述扇形内腔的厚度方向至少并列分布有两块永磁体，相邻的永磁体之间通过扇形的所述隔磁板隔开。本实用新型的励磁单元体形成的励磁装置不仅能够提供稳定均匀的梯度磁场，而且体积小易于安装，无发热现象故无需冷却系统，大大节省了空间的同时提高了抛光效果。采用扇形永磁体能够使得永磁体外周面各处距离抛光轮表面的距离相同，在抛光轮表面的磁场强度均匀稳定。

摘要： 本实用新型公开了一种磁流变抛光机床磁流变液循环系统，包括：储液罐、第一蠕动泵和变径背压管路；所述第一蠕动泵的一端与所述储液罐相连，另一端与所述变径背压管路相连，所述变径背压管路的末端连接喷嘴；所述喷嘴对准抛光轮；其中，所述变径背压管路中设置有脉冲阻尼器，且所述变径背压管路的管径从大逐渐变小，然后再逐渐变大。利用脉冲阻尼器消除大尺度的流量波动，利用变径背压管路进一步消除小尺度磁流变流量脉冲，使得磁流变液流量稳定，即便在低流量工况下也具有很高的控制精度。