一种动态磁场辅助磁性复合流体超光滑表面的加工方法与流程

本发明涉及元件加工领域，尤其是涉及一种动态磁场辅助磁性复合流体超光滑表面的加工方法。

背景技术

随着现代光学的发展，对制造元件的模具提出超光滑表面的要求，要求表面粗糙度达到纳米级。具有较低的表面波纹度以及较高的面形精度；表面疵病与亚表面损伤尽可能减少，表面残余的加工应力极小。

具有磁性复合流体在磁场下具有较强的颗粒分散性和较高的粘度，使得其在超光滑表面加工领域具有重要的应用。在先技术中，姜晨[1]等人在一种可调式磁性复合流体抛光头机构(公开号cn106863023a，公开日2017.06.20)中提出了一种磁铁可调节偏心距的抛光方法。但是，先技术应用磁性复合流体抛光三维结构模具的过程中会存在抛光材料去除量不均匀的缺点。

技术实现要素：

本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

一种动态磁场辅助磁性复合流体超光滑表面的加工方法，包括以下步骤：

s1、选用磁性复合流体以及其他组分进行配料，利用超声波搅拌对所得流体进行分散2分钟，再利用机械搅拌方法对其所得流体进行分散3分钟，制得所需的磁性复合流体；

s2、将所得磁性复合流体装入容器内持续搅拌；依次打开伺服电机，使磁场源固定装置和抛光液载板同时以给定速度反向旋转，产生空间动态磁场；

s3、打开伺服电机，使工件旋转；

s4、打开定量输出装置，将一定量机械混合抛光流体通过输出管喷注到抛光液载板底部；磁场与复合流体产生磁场效应，通过计算机控制多自由度工作台实现工件的特定运动，从而实现工件表面材料的可控去除。

s5、磁性复合流体的循环利用，抛光液载板上的磁性复合流体在对工件完成超光滑表面加工后，通过循环泵将使用过的磁性复合流体送入回收容器中，重新进行搅拌、冷却及分散，然后通过输出装置和输入管将磁性复合流体送回抛光液载板处，实现磁性复合流体的循环利用。

作为本发明进一步的方案：磁场源为方形、圆柱状、圆环状永久磁铁或其他电磁设备，磁场强度在0.3-0.6t的范围内。

作为本发明进一步的方案：磁性复合流体按质量百分计包括：微米级羟基铁粉颗粒30～50％、磁流体35～55％、微米级磨粒8～15％、植物纤维0～5％。

作为本发明进一步的方案：所述的羟基铁粉颗粒的粒径0.3μm～12μm范围，磨粒为微米氧化铝颗粒、微米氧化铈颗粒、微米金刚石颗粒及上述无机微米颗粒的组合。

作为本发明进一步的方案：磁流体为内含纳米四氧化三铁的水基磁流体、油基磁流体、煤油基磁流体。

本发明的有益效果：本发明利用在可变角度空间动态磁场作用下微米级颗粒(粒径在0.5～20μm之间)与加工表面见的微切削作用实现对工件表面材料的亚纳米级去除。可变角度磁场下对磁性复合流体中的微米级颗粒与工件表面间的界面材料去除进行充分的强化与引导，从而很大程度上提高材料表面原子的去除量，提高超光滑表面制造的效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的局部结构示意图。

图中：1-伺服电机、2-连接板、3-工件、4-挡板、5-伺服电机、6-皮带、7-抛光液载板、8-磁场源、9-固定装置、10-连接轴、11-伺服电机、12-固定装置、13-输出管、14-输出装置、15-搅拌装置、16-回收容器、17-循环泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种动态磁场辅助磁性复合流体超光滑表面的加工方法，选用的动态磁场源为方形、圆柱状、圆环状永久磁铁或其他电磁设备，磁场强度在0.3-0.6t的范围内；

磁性复合流体按质量百分计包括：微米级羟基铁粉颗粒30～50％、磁流体35～55％、微米级磨粒8～15％、植物纤维0～5％；

其中所述的羟基铁粉颗粒的粒径0.3μm～12μm范围，磨粒为微米氧化铝颗粒、微米氧化铈颗粒、微米金刚石颗粒及上述无机微米颗粒的组合。

磁流体为内含纳米四氧化三铁的水基磁流体、油基磁流体、煤油基磁流体等。

动态磁场辅助磁性复合流体超光滑表面加工方法，包括以下步骤：

s1、选用磁性复合流体以及其他组分进行配料，利用超声波搅拌对所得流体进行分散2分钟，再利用机械搅拌方法对其所得流体进行分散3分钟，制得所需的磁性复合流体；

s2、将所得磁性复合流体装入容器内持续搅拌；依次打开伺服电机，使磁场源固定装置和抛光液载板同时以给定速度反向旋转，产生空间动态磁场；

s3、打开伺服电机，使工件旋转；

s4、打开定量输出装置，将一定量机械混合抛光流体通过输出管喷注到抛光液载板底部；磁场与复合流体产生磁场效应，通过计算机控制多自由度工作台实现工件的特定运动，从而实现工件表面材料的可控去除。

s5、磁性复合流体的循环利用，抛光液载板上的磁性复合流体在对工件完成超光滑表面加工后，通过循环泵将使用过的磁性复合流体送入回收容器中，重新进行搅拌、冷却及分散，然后通过输出装置和输入管将磁性复合流体送回抛光液载板处，实现磁性复合流体的循环利用。

以下的具体实施方式是对本发明的进一步说明，同时结合附图加以说明，本发明的技术方案不局限于下面所列举的具体实施方式，还包括各个具体实施方式间的任意组合。

实施例一

一种动态磁场辅助磁性复合流体超光滑表面的加工方法，具体包括以下步骤：

s1、磁性复合流体的配置：按质量百分比计，取粒径为7μm的羟基铁粉颗粒40％、水基磁流体45％、粒径为1μm的氧化铝磨粒12％、植物纤维3％，按此成分配比进行配料，利用超声波搅拌对所得流体进行分散2分钟，再利用机械搅拌方法对其所得流体进行分散3分钟，获得磁性复合流体；

s2、可变角空间动态磁场的发生：调节磁场源固定装置9倾斜0-6°，依次打开伺服电机11和伺服电机5，使磁场源固定装置9带动磁场源8和抛光液载板7同时以给定速度反向旋转，产生磁场强度一定，磁力线周期变化的可变角空间动态磁场；

s3、打开伺服电机1，使工件3旋转；

s4、可变角空间动态磁场辅助磁性复合流体加工超光滑表面：打开输出装置14，磁性复合流体通过输出管13射向抛光液载板7，在空间动态磁场的作用下，磁性复合流体在毫秒时间内由牛顿流体转变为具有一定粘度的宾汉流体，通过控制多自由度工作台12各轴的运动，使抛光液载板7上的磁性复合流体与工件3接触，并且按照预定设定的轨迹运动，通过磁性复合流体内的磨粒对工件的微摩擦作用实现对工件的超光滑表面加工；

s5、磁性复合流体的循环利用：抛光液载板7上的磁性复合流体在对工件3完成超光滑表面加工后，通过循环泵17将使用过的磁性复合流体送入回收容器16中，重新进行搅拌、冷却及分散，然后通过输出装置14和输入管13将磁性复合流体送回抛光液载板7处，实现磁性复合流体的循环利用。

实施例二

本实施方式与具体实施方式一不同的是磁性复合流体按重量分数计由42份的羟基铁粉、45份的水基磁流体、10份磨粒、3份植物纤维构成，其中羟基铁粉的粒径为12μm以下，磨粒粒径为4μm以下，其他与具体实施方式一相同。

实施例三

本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的磁性磁性复合流体按重量分数由40份的羟基铁粉、40份的煤油基磁流体、15份磨粒、5份植物纤维构成，其中羟基铁粉和磨粒的粒径均为7μm以下，其他与具体实施方式一相同。

实施例四

本实施例在抛光单晶硅基片时的方法如下：控制x轴、y轴运动距离为4.5mm，形成封闭的回程，运动速度为1mm/s；采用由质量分数为45％粒径为2微米的羟基铁粉、质量分数为12％粒径为1微米的氧化铝磨粒、质量分数为40％的水基磁流体、质量分数为3％的植物纤维构成的磁性复合流体，附着在铝制抛光液载板上，转速为800rpm；磁场固定装置转速为1000rpm，加工距离为0.5mm，抛光时间60min。

具体实施方式五：

本实施在抛光无氧铜v型沟槽时的方法如下：

采用由质量分数为45％粒径为7μm的羟基铁粉、质量分数为12％粒径为1μm的氧化铝磨粒、质量分数为40％的水基磁流体、质量分数为3％的植物纤维构成的磁性复合流体，附着在铝制抛光液载板上，转速为50rpm；磁场固定装置转速为1000rpm，加工距离为1mm，抛光时间40min。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。