资源描述：
《磁流变抛光技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第7卷第5期光学精密工程Vol.7,No.51999年10月OPTICSANDPRECISIONENGINEERINGOctober,1999文章编号1004-924X(1999)05-0001-08磁流变抛光技术张峰余景池张学军王权陡(中国科学院长春光学精密机械研究所应用光学国家重点实验室长春130022)摘要对磁介质辅助抛光技术20年来的发展作了简要的回顾,进而介绍了磁流变抛光技术的产生和发展背景、抛光机理及微观解释、数学模型,同时提出了这种抛光技术的关键所在,并对其发展未来进行了展望。关键词磁介质辅助抛光磁流变抛光磁流变抛光液凸缎带抛光区中图分类号TQ171.684文献
2、标识码A1引言随着科学技术的进步,各个学科交叉发展,形成了许多新领域,产生了很多新技术。对于光学加工技术,人们也不断地进行探索。80年代初期,日本有人将磁场用于光学加工,形成了[1]磁介质辅助抛光方法。1984年,Y.Tain和K.Kawata利用磁场辅助抛光对聚丙烯平片进行加工。图1为这种加工方法的原理示意图。他们将一些N、S极相间的长条形永久磁铁紧密相连排成一列形成非均匀磁场(磁通密度大约0.1T)。将盛有非磁性抛光粉(碳化硅,直径4m,体积含量40%)和磁性液体(直径为10～15nm的四氧化三铁磁性微粒均匀地混合在二十烷基萘基液中)的均匀混合液的圆形容器放置在这个磁场
3、中。磁场梯度使抛光粉浮起来与浸在磁性液体中的工件相接触。在加工过程中,工件与容器同时旋转来实现对材料的去除,其材料去除率为2m/min。经过一小时的抛光[2]工件表面粗糙度降低了10倍。1987年,Y.Satio等人又在水基的磁性液体中对聚丙烯平片进行了抛光。这种方法的缺点是抛光压力较小,不能对玻璃或其它较硬材料进行抛光,并且不能对工件面形进行较为有效的控制。*国家自然科学基金资助项目(批准号69608006)收稿日期:1999-06-07修稿日期:1999-07-022光学精密工程7卷Fig.1PolishingofacrylicplateswithSiCabrasive
4、sinamagneticfluidcomposedof15nmdiametermagneticparticles.Thepolepiecesserveasthereferencelappingsurfacefortheworkpiece.[3]1989年,Suzuki等人用柔性的橡胶垫和聚氨酯将铜盘槽内的磁性液体密封。工件浸于聚氨酯上方的抛光液中。在磁场的作用下,磁性液体受力作用到橡胶垫和聚氨酯抛光盘上,柔性的聚氨酯抛光盘受力变形,使其形状与工件面形相吻合来实现对工件进行抛光的。他们对曲率半径为50mm的硬而脆的晶体进行抛光。经过30min的抛光,工件表面粗糙度从15nm降到
5、1nm(1.7nmrms),面形误差从0.4m降低到0.3m。这种方法虽然可以获得较大的抛光压R力,但很不容易控制。1993年,他们又对直径为40mm的非球面Pyrex玻璃工件进行了试验,[4]其材料去除率为2～4m/h,仍没有实现对工件的边缘进行控制。[5]1994年出现一种叫“磁性液体研磨”的光学加工方法。这种方法是在磁性液体中放一个“浮体”,在磁场的作用下,磁性液体给“浮体”以力的作用,使其与工件相接触来进行抛光。这样,以整个“浮体”所受的力来代替原来单个抛光粉所受的力,使抛光压力大大加强。这种方法比较适合陶瓷材料加工。[6]另有一种称之为“磁微粉抛光”的光学加工
6、方法。这种方法适合轴的抛光。将轴的周围放置很多磁性抛光粉,在外磁场的作用下,磁性抛光粉聚结在一起形成“磁粉刷”。当轴旋转时,轴与“磁粉刷”摩擦,从而对轴进行抛光。这种方法适合于钢或陶瓷的加工。这些磁介质辅助抛光方法,或者抛光效率太低,或者产生较大的破坏层,或者抛光不易控制,总之都存在一定的缺陷。5期张峰等:磁流变抛光技术32磁流变抛光技术的产生和发展背景为了获得高精度面形和不产生破坏层,有人将流体动力学理论引入光学加工形成一些非接触抛光方法。较有代表性的一种方法称之为“水上飞机抛光”,它是基于流体动力学润滑理[7]论。这种抛光方法是这样的,当一个沿圆周方向具有多个倾斜表面的圆
7、盘在液体中旋转时,液楔产生的流体压力使圆盘表面上的工件浮起。当随着流体运动的抛光粉颗粒通过工件由于浮起而与圆盘之间形成的空隙时,不断地撞击工件表面,从而引起材料的去除。其缺点是抛光[8～10]压力小,效率低。另一种方法叫“弹性发射机”抛光。工件和放在其上的小球一起浸没在抛光液中,由于流体效应,当小球旋转时,小球和工件之间形成一层很薄的润滑膜,抛光粉随着流体进入润滑膜引起对工件的去除。有人认为其抛光机理是这样的,抛光粉颗粒进入润滑膜时便与工件表面原子相结合,当抛光粉颗粒随流体流走时,工件表面上与抛光粉颗粒
