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磁流变抛光技术的研究

张峰  
【摘要】: 磁流变抛光(MRF)是近十年新兴的一种先进光学制造技术,它特别适 合中、小口径(φ50mm以下)光学元件的快速抛光。目前,国外只有美国 Rochester大学的一些研究人员在做这方面的工作,国内未见这方面的报 道。本论文对磁流变抛光的研究工作在国内是首次进行的,属于国内开创 性工作。 磁流变抛光的原理是这样的:在磁场中,发生流变的磁流变抛光液流 经工件与运动盘形成的小间隙时,会对工件表面与之接触的区域产生很大 的剪切力,从而使工件表面材料被去除。磁流变抛光与传统抛光相比最显 著的优点是:在抛光过程中,不存在“磨头”磨损的问题。这样,抛光去 除函数始终是恒定不变的。这对控制抛光以至实现数控磁流变抛光是十分 有利的。磁流变抛光能够顺利进行的两个前提条件是:1提供适合于磁流 变抛光的梯度磁场;2配制出具有良好流变性的磁流变抛光液。 本文立足于磁流变抛光技术的基础研究,首先在对磁流变抛光技术进 行综述的基础上,对进行磁流变抛光所必需的两个前提条件进行了研究。 在磁场的研制方面,设计了与分析式铁谱仪的磁路相类似的磁路结构。以 该磁场中磁性微粒的受力分析为基础,从理论上分析了磁流变抛光液可以 形成抛光所需的缎带凸起,并以实验进行了验证。在磁流变抛光液的研制 方面,通过对磁流变抛光液的成分、特性以及流变机理的研究,研制出流 变性好、初始粘度低、流动性好的磁流变抛光液。这种磁流变抛光液用于 磁流变抛光效果很好。 其次研究了磁流变抛光的机理。磁流变抛光机理是这样的,当发生流 变的磁流变抛光液流经工件与运动盘之间形成的小间隙时,会在流出区域 (抛光区)形成一个附着于运动盘表面上的核心。该核心上表面与工件表面 又形成一个更小的间隙,在这个更小间隙内流动的剪切流会对工件表面产 生很大的压力(或剪切力),从而使这个区域内工件表面上的材料被高效率 地去除。在研究磁流变抛光机理的基础上,根据光学加工中为人们所普遍 接受的Preston方程,建立了磁流变抛光的数学模型。从该模型得出的结 论与磁流变抛光的实验结果符合得较好。 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博土学位论文 最后在实验的基础上,研究了抛光时间、运动盘的速度、工件与运动 盘形成的间隙大小、磁场强度、工件硬度、磁性微粒的浓度、非磁性抛光 粉的浓度等参数对磁流变抛光去除函数的影响。同时研究了抛光后的工件 表面粗糙度和下表面破坏层的情况。阐述了今后如何根据磁流变抛光规律 来控制被加工工件的面形。


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