磁流变抛光发展历程.ppt

磁流变抛光技术发展趋势 1 磁流变抛光的原理 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 2 磁流变抛光方法的提出与发展 磁流变抛光并非最早将磁场应用于光学抛光的方法 早在80年代初期 日本就有人将磁场用于光学加工 形成了磁介质辅助抛光法 2 1磁介质辅助光学加工法2 1 1磁性液体抛光1984年 Y Tian和K Kawata 1 利用磁场对浸入磁性液体中的聚丙烯平片进行加工 原理图如下所示 其材料去除率为2 m min 经过一小时抛光后 工件表面粗糙度降低了10倍 1987年 Y Satio等人 2 又在水基的磁性液中队聚丙烯平片进行了抛光 这种方法的缺点是抛光压力较小 不能对较硬材料进行抛光 而且不能对工件表面进行有效的控制 为获得较大的抛光压力 Umehara等人 3 在磁性液体中放入一个浮体与工件相接触来进行抛光 使压力大大加强 收到了良好的效果 2 1 2磁场辅助精密抛光 磁场辅助精密抛光是八十年代初Kurobe等人 4 提出来的 原理图如下 柔性的橡胶垫将铜盘槽底部的磁性液体密封 抛光液放在铜盘槽中橡胶垫的上方 工件浸与抛光液中 在磁场作用下 磁性液体受力并作用到橡胶垫抛光盘上 柔性的橡胶垫抛光盘受力变形 其形状与工件表面形状吻合来对工件进行抛光 抛光后表面粗糙度由10 m 峰谷值 降到了几个 m 1989年 Suzuki等人 5 用这种方法使表面粗糙度从1500 降低到了100 面形误差从0 4 m降到了0 3 m 1993年 Suzuki等人用这种方法对40mm直径的非球面玻璃抛光 材料去除率达到了2 4 m h 2 1 3磁力研抛法 磁力研抛法是T Shinmura等人提出来的 原理是 将被加工工件与很多磁性抛光粉接触 在外磁场作用下 磁性抛光粉聚结在一起形成磁粉刷 当工件与刷有相对运动时 他们之间相互摩擦 从而实现对工件的抛光 以上磁场辅助抛光法要么效率低 要么不易控制 要么产生大的下表面破坏层 总之都存在一定的缺陷 2 2磁流变抛光技术的提出与发展 为克服磁场辅助抛光的以上缺点 90年代初 W I Kordonski I V Prokhorov及合作者 6 将电磁学与流体动力学理论结合于光学加工中 发明了磁流变抛光 MRF 技术 原理图如下 磁流变抛光液在高强度的磁场中变成具有粘塑性的Bingham介质 并形成缎带凸起 当介质流经工件与运动盘形成的微小间隙时 对工件表面与之接触的区域产生很大的剪切力 从而使材料去除 1994年 他们在样机上初步进行了抛光实验 7 1995年 Rochester大学的光学加工中心利用MRF加工直径小于50mm的非球面成功得到表面粗糙度为1nm的表面 1996 1998年 Kordonski等人建立了材料去除理论模型 1999年 Rochester大学对抛光机理进行了深入的研究 并分析了几种材料的抛光特性 并将快速文本编辑程序引入研制了Q22系列的计算机控制磁流变抛光机 使MRF商业化 此后COM的研究者还研发了磁流变射流加工方式 实验表面粗糙度为0 65nmrms 但是 在美国商务部明确限制了磁流变抛光设备对中国的出口 之后 白俄罗斯的Prokhorow 德国的Deggendorf应用科技大学 韩国 日本的学者也进行了这方面的研究工作 主要是在该进抛光液方面 3 我国磁流变液研究现状我国在磁流变抛光技术的研究方面与美国存在着相当大的差距 2000年 张峰 余景池 9 首次将磁流变应用于国内光整加工技术的研究 对加工工艺和相关理论进行了初步研究 2004年 彭小强 李圣怡等提出了确定性磁流变抛光技术 并对平面玻璃镜进行了光整加工 2004年 孙桓五提出了液体磁性磨具光整加工法 实现了对回转类曲面工件的加工 2005年 康佳文 张飞虎等针对硬脆材料的磁流变抛光及其面形控制技术进行了研究 并将该技术应用于光学玻璃平面的数控加工及控制 2005年 程灏波 冯敬之等人提出了一种特殊的磁性轮式磁流变抛光技术 该方法对光学平面加工的磁场多变性提供了参考方案 2007年 王伟 刘卫国等人提出了基于 面接触 式抛光思想的磁流变抛光技术 初步设计了试验台对平面玻璃工件进行了加工 表面粗糙度值从300nm左右降到了1nm左右 1 Y tianandK Kawata developmentofHigh Efficiencyfinefinishingprocessusingmagneitcfluid AnnalsoftheCIRP Vol 33 217 220 1984 2 张峰 磁流变抛光技术的研究 D 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 博士学位论文 2000彭小强 确定性磁流变抛光的关键技术研究 D 国防科技大学 博士学位论文 2004康桂文 磁流变抛光硬脆材料去除特性及面形控制技术研究 D 哈尔滨工业大学 博士论文 2005 程灏波 冯敬之 王英伟 磁流变抛光超光滑光