磁流變拋光技術與應用(編輯修改稿)
2025-08-10 15:41 本頁面
【文章內容簡介】 流變拋光光學玻璃進行了初步研究，配置了適合于光學玻璃研拋的磁流變液，測定了不同加工參數(shù)對拋光效率、表面質量的影響。研究表明，磁流變拋光中工件材料的去除率與拋光盤的轉速成正比，并在一定范圍內隨著外加磁場強度的增強而增大，工件材料的去除量與拋光時間成正比。用原子力顯微鏡對工件進行檢測，拋光后的光學玻璃表面粗糙度可以達到1nm左右。同時，還進行了MRF應用于微晶玻璃拋光的可行性研究。石峰等人采用自行研制的磁流變拋光機床KDMRF1000和水基磁流變拋光液KDMRW2進行了磁流變拋光去除磨削亞表面損傷層的實驗研究。研究表明，直徑為100mm的K9材料平面玻璃，經過156 min的磁流變粗拋，去除了50 m深度的亞表面損傷層，表面粗糙度R值進一步提升至0. 926nm，經過17. 5 min的磁流變精拋，去除了玻璃表面200 am厚的材料，并消除磁流變粗拋產生的拋光紋路。由此表明，應用磁流變拋光可以高效消除磨削產生的亞表面損傷層，提出的新工藝流程可以實現(xiàn)近零亞表面損傷和納米級精度拋光兩個工藝目標。尹韶輝等人[7] 設計了4種不同形狀的拋光頭，并使用自制的磁流變拋光液體在三軸數(shù)控銑床上對K9平面玻璃進行了磁流變拋光工藝試驗。結果表明：槽型平面拋光頭的拋光效果最好。同等條件下，在拋光頭上開槽能有效地提高加工效率和加工質量?；诼菪龗呙杪窂降墓鈱W鏡面磁流變拋光的算法將去除函數(shù)矩陣轉化成駐留時間解算的線性方程組的系數(shù)矩陣， 并利用其為稀疏矩陣的特點來進行快速迭代計算，然后將求得的駐留時間分配到螺旋掃描路徑上以求得整個路徑上的速度變化，從而控制磁流變拋光機床直線軸和轉軸作插補運動。然后利用該算法在自研的KDMRF200 磁流變拋光機床上對K9 玻璃平面鏡進行了2 次迭代加工， 。4磁流變拋光液的研究磁流變拋光液由載液 (如水、礦物油、硅油等)、離散的可極化的磁敏粒子、表面活性劑、拋光顆粒及具有其他功能的添加劑組成。磁流變各組分選取的好壞直接影響磁流變液的流變性和穩(wěn)定性，從而影響拋光效率和拋光表面質量。下面將以提高磁流變液的流變性和穩(wěn)定性為基本依據(jù)確定磁流變液的具體成分。載液和磁敏介質一起作為拋光粉的承載基體，它的選取除考慮高絕緣性和絕磁之外，還涉及到基液和彌散體的親和力大小。目前磁流變拋光液普遍使用的載液有兩種，一種是以硅油為代表的油基磁流變液；另一種是以純凈水為代表的水基磁流變液。從流變性考慮，實驗證明了水基磁流變液在相同磁場下的剪切屈服應力是油基磁流變液的2～3倍，而且水對玻璃有水解作用 ，有利于提高拋光效率。此外 ，水還具有良好的冷卻、洗滌和潤滑作用，并且有利于拋光粉的均勻分散，所以在試驗中采用水基磁流變液。拋光粉直接作用于光學玻璃 的表面 ，其粒度和硬度對機械切削作用都有著重要影響。拋光粉越硬，拋光效率就越高，粒度對拋光效率的影響比較復雜。試驗表明，并不是粒度越大，拋光效率越高，在一定范圍內，拋光效率與粒度的大小成正比，但當粒度大到一定程度時拋光效率反而降低，粒度的選取應該根據(jù)實際情況而定。目前通用的拋光粉有Al2O氧化鈰、金剛石微粉，其硬度由大到小分別為金剛石微粉、氧化鈰、Al2O3，金剛石微粉用來拋光效率最高，但考慮到金剛石微粉價格昂貴，在試驗中選取氧化鈰作為拋光粉。磁流變液在磁場下之所以能發(fā)生明顯的流變效應并且具有很高的剪切屈服應力，就是因為有磁敏介質的存在。為了使磁流變液有很好的流變性，磁敏介質需要滿足以下2個條件：(1)高磁導性：能在很小的磁場下得到很大的剪切屈服應力；(2)磁矯頑力小：不產生剩磁，在磁場消除時能迅速恢復液體狀態(tài)。此外，考慮到磁敏介質與工件表面直接接觸，要求磁敏介質有一定的硬度，但不可太硬，以免劃傷工件表面。根據(jù)上述特點，選用微米尺寸的羰基鐵粉作為磁敏介質。要得到穩(wěn)定性很好的磁流變液，除了上述3種主要成分外，磁流變液還需要加入少量的活性劑和添加劑?；钚詣┯?個作用，一是防止沉淀分層；二是使成分均勻分散。目前已得到廣泛使用的活性劑有油酸、黃源膠、醚類等，它們的作用原理基本相同。表面活性劑是一些長鏈的兩親分子，其分子鏈長度大約為幾個到幾十個nm，具有鏈段結構的高分子表面活性劑，一端吸附在固體顆粒的表面上，另一端在空間自由的擺動，擺動時，其末端的軌跡在理想情況下近似一個球面。由于上述原因，表面活性劑分子尾部的擺動具有一定的動能，這將在固體顆粒周圍形成一個保持距離的勢壘，使具有范德華力的勢能、磁場勢能、偶極子對勢能的顆粒，都很難越過這個能壘而發(fā)生接觸，這就使得固體顆粒相互集聚的可能性顯著降低[8]。除此之外，加入少量的添加劑可以起到一定的輔助作用。在配置磁流變液的過程中加入少量的添加劑使磁流變液呈弱堿性，這樣有利于磁流變液的防銹，使磁
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