一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置的制作方法

本发明涉及一种大平面抛光装置，尤其是涉及一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置。

背景技术：

超光滑表面抛光技术是超精密加工体系的一个重要组成部分，随着研究的深入以及检测技术的提高，人们对纳米级超光滑表面的形成机理有了更深刻的认识，并开发了许多抛光技术，如传统游离磨料抛光，主要指磨料游离散布在工件与柔性研具之间的工作界面内，通过工件和研具向磨料施加作用力，使磨料在工作界面内滚动和滑动，从工件上去除材料的加工方式，该方法在抛光过程中，磨料的浓度、分布均匀性、运动速度、运动轨迹及滞留时间等无法直接控制；再如弹性发射加工，该方式的核心部件是一个抛光轮，抛光轮与工件之间保持一个微小间隙(大约数十个微米)，抛光液充斥于该间隙之内。加工时，抛光轮高速旋转，使微小间隙内形成了一层流体动压抛光膜，从而平衡施加在抛光轮上的压力。磨料在流体动压的作用下与工件表面发生微弱的弹性碰撞实现从工件上去除材料，但是该方法的加工效率极其低下(仅5nm/min)，而基于有关文献记载磁流变抛光的材料去除率为2μm/min，其优点是可以通过多步修形来提高面形精度，逐步降低表面粗糙度，且不引入表面及亚表面损伤，但目前关于磁流变抛光装置都需要集成一个抛光液循环装置且抛光效率同比其它抛光方式较低，这不但增大整个抛光装置的尺寸，增加了抛光装置的成本，而且缩短了磁流变抛光的应用范围。基于以上现状，我国抛光技术比较成熟，但在某些细节方面需要优化改善(如缩小抛光装置的整体结构尺寸、降低成本的情况下增加抛光效率等)，因此，本发明专门针对目前磁流变抛光效率较低的问题，设计了一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置，希望能够对工程应用起到借鉴作用。

铁磁物质，均为亲水性物质，较易在水中分散。出于抛光效率的考虑，水基的磁流变液在相同磁场中的屈服应力是硅油或煤油等介质的2-4倍，并且水具有水解作用，这对光学加工是极其有利的。为了防止杂质离子对粒子间的双电层干扰，造成粒子间的排斥力减小，影响粒子的分散，选择去离子水作为基载液。而且水具有无毒、无污染、温度适用范围宽、易清洗等优点。因此本装置的抛光液采用铁磁性颗粒的质量分数为81.83％的水基磁流变液，其铁粉直径在2-8μm，磨粒为形状不规则的al2o3颗粒。

技术实现要素：

为实现以上所述抛光装置的功能特点(提高抛光效率)，本发明提供一种结构简单及原理易懂的一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置。

本发明一种结构简单及原理易懂的一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置是按如下方式来实现的：该抛光装置是由工件，定位轮，抛光轮，磁流变液，磨粒，永久磁铁，轴承座，球轴承，转轴，电机，高压喷头，泵，刮块，容器组成；定位轮有两个，其半径比抛光轮的半径大2mm，并安装在抛光轮两端，其轮廓侧表面直接与工件表面接触，定位轮和抛光轮固定在转轴上，转轴两端通过球轴承与轴承座连接，并由电机带动旋转；抛光轮根据工件尺寸分配若干，每个抛光轮分配四个永久磁铁，每个永久磁铁磁极异极排列，相连抛光轮磁极同极排列；磁流变液和磨粒组成抛光液，抛光液通过泵将容箱出口b的抛光液经过高压喷头引流到抛光区域，刮块将抛光轮表面的抛光液由入口a回收到容器中，容器设计成凹形结构，并且回收入口a开口较大，出口b开口较小；磁流变液为铁粉的质量分数为81.83％的水基磁流变液，其铁粉直径在2-8μm，磨粒为形状不规则的al2o3颗粒。

本发明所述的一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置的积极效果在于：定位轮有两个，其半径比抛光轮的半径大2mm，并安装在抛光轮两端，其轮廓侧表面直接与工件表面接触，定位轮和抛光轮固定在转轴上，提出一种由安装在抛光轮两端的定位轮进行定位的思路及结构；抛光轮根据工件尺寸分配若干，提供一种鲁棒性较好的抛光轮分配策略；每个抛光轮分配四个永久磁铁，每个永久磁铁磁极异极排列，相连抛光轮磁极同极排列，可想而知在这种磁铁布置方式的情况下，磁流变液能够在每个抛光轮表面产生四个柔性球磨头大大增加了工件表面的抛光效率。

附图说明

图1为本发明一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置的结构及原理简图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。

在图1中，本发明一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置，该抛光装置是由工件1、定位轮2、抛光轮3、磁流变液4、磨粒5、永久磁铁6、轴承座7、球轴承8、转轴9、电机10、高压喷头13、泵14、刮块15、容器16组成；在抛光过程中工件1能够在图示箭头方向移动，定位轮2有两个，其半径比抛光轮3的半径大2mm，并安装在抛光轮3两端，其轮廓侧表面直接与工件1表面接触，定位轮2和抛光轮3固定在转轴9上，转轴9两端通过球轴承8与轴承座7连接，并由电机10带动旋转，提出一种由安装在抛光轮3两端的定位轮2进行定位的思路及结构；抛光轮3根据工件1尺寸分配若干，提供一种鲁棒性较好的抛光轮3分配策略，每个抛光轮3分配四个永久磁铁6，每个永久磁铁6磁极异极排列，相连抛光轮3磁极同极排列，提供一种永久磁铁6布置方式的，使得磁流变液4能够在每个抛光轮3表面产生四个柔性球磨头，从而大大增加了工件1表面的抛光效率；磁流变液4和磨粒5组成抛光液12，抛光液12通过泵14将容箱16出口b的抛光液12经过高压喷头13引流到抛光区域，刮块15将抛光轮3表面的抛光液12由入口a回收到容器16中，抛光屑11在入口a底部沉淀与抛光液12分离，容器16设计成凹形结构，并且回收入口a开口较大，出口b开口较小；磁流变液4为铁粉的质量分数为81.83％的水基磁流变液，其铁粉直径在2-8μm，磨粒5为形状不规则的al2o3颗粒。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于磁流变效应的集群式大平面抛光装置，装置包括工件、定位轮、抛光轮、磁流变液、磨粒、永久磁铁、轴承座、球轴承、转轴、电机、高压喷头、泵、刮块、容器。定位轮有两个，其半径比抛光轮大2mm，其轮廓侧表面直接与工件表面接触，定位轮和抛光轮固定在转轴上，转轴两端通过球轴承与轴承座连接，由电机带动旋转；抛光轮根据工件尺寸分配若干，每个抛光轮分配四个永久磁铁，每个永久磁铁磁极异极排列，相连抛光轮磁极同极排列；磁流变液和磨粒组成抛光液，抛光液通过泵将容箱出口b的抛光液经过高压喷头引流到抛光区域，刮块将抛光轮表面的抛光液由入口a回收到容器中，容器成凹形结构，且回收入口a开口较大，出口b开口较小。

技术研发人员：张广
受保护的技术使用者：张广
技术研发日：2017.07.23
技术公布日：2017.10.03