磁场作用下磁性抛光液体的抛光特性及实验研究

介绍了一种基于旋转磁性抛光液体的抛光技术。磁性抛光液体在磁力搅拌器的作用下产生旋转运动,利用外加强磁场作用增大磁性液体的粘度和剪切屈服应力,当加工工件放入磁性抛光液体中,磁性抛光液体与之相接触的工件表面发生磨削,从而达到对工件表面的光整加工。实验详细研究了磁性抛光液体抛光后工件的抛光区内表面粗糙度与抛光时间和位置之间的关系,实验结果表明:旋转磁性抛光液体抛光可以用于对工件进行超光滑加工,抛光时间越长,各处粗糙程度越接近,表面粗糙度越好,并且表面粗糙度比单独用研磨抛光膏的效果好。

自由曲面结构磁性抛光去除试验研究

磁性抛光因柔性工具的工件表面适应性高而具有较好的应用潜力。自行设计抛光工具头,制备磁性抛光体,搭建试验平台,并对不锈钢平面工件进行定点抛光试验,平均去除效率为0.231μm/10min,且工件表面质量得到了很大的改善,验证了该磁性抛光方法的可行性。继而对两种自由曲面结构工件进行抛光:一是采用工具头水平移动式、工具头等高线移动式两种不同的抛光进给运动方式对不同曲率的不锈钢工件进行抛光去除试验,试验证明:两种抛光方式对每个曲率的轮廓均有去除能力,去除量在0.14~1.33μm之间;二是对3D打印的光敏树脂微结构自由曲面定点抛光,单位时间去除效率在8.957~12.587μm/10min之间,且改善了轮廓的光滑度。初步试验表明,磁性抛光方法对两种自由曲面结构均有一定的去除能力,可进一步探索磁性抛光技术应用于自由曲面结构确定性抛光。

微流控芯片磁性抛光工艺参数优化

以提高微流控芯片表面质量为目的,进行磁性抛光微流控芯片的关键工艺参数优化研究.首先,设计单因素实验组,根据实验结果,得到磁性抛光关键工艺参数对其抛光质量的影响规律:随着抛光间隙的减小,芯片表面粗糙度由0.327μm增至0.045μm,后又降至0.130μm,其最佳抛光间隙为1.5 mm;主轴转速对抛光质量的影响并不显著,改变转速进行抛光后芯片表面粗糙度保持在0.045~0.055μm,其最佳范围为400~800 r/min;微流控芯片表面粗糙度随着抛光时间增加而提高,最高表面粗糙度为0.018μm,相对而言,最佳抛光时间为30 min.此外,磁性复合流体(magnetic compound fluid,MCF)抛光质量受加工间隙影响最大,受抛光时间的影响略大于主轴转速.实验结果表明,通过对磁性抛光的关键工艺参数进行优化,可以将微流控芯片的表面粗糙度从0.510μm提高到0.018μm,由此可进一步探索磁性抛光技术应用于微流控芯片的确定性抛光.

熔石英元件磁性复合流体抛光去除特性研究

基于磁性复合流体(Magnetic Compound Fluid,MCF)抛光技术开展了熔石英元件抛光工艺研究,对比了传统MCF和超声辅助MCF(以下简称UMCF)抛光对熔石英材料去除特性的影响,探究了不同抛光时间下MCF和UMCF抛光对熔石英材料去除量/去除率和表面粗糙度的影响,并构建了与抛光应力和抛光时间有关的材料去除率模型。研究结果表明,相较于传统MCF,UMCF在提高材料去除率和降低表面粗糙度方面均有优势。两种抛光方式下材料去除机制均为弹塑性去除,UMCF抛光获得的表面粗糙度相比于MCF抛光优化了68.88%。由于流体动压力和超声振动压力的联合作用,UMCF抛光材料去除率最高可达5.74×10^(-3)mm^(3)/min,相比于MCF抛光提升了4.04倍。MCF和UMCF抛光材料去除率与抛光应力和抛光时间均呈现幂函数相关性,且在UMCF抛光中抛光应力对去除率的影响权重大于MCF抛光。

磁性复合流体抛光氧化锆陶瓷的工艺优化

为提高氧化锆陶瓷工件的表面质量,采用磁性复合流体(由包含纳米级铁磁颗粒的磁流体与包含微米级羰基铁颗粒的磁流变液混合而成)对氧化锆陶瓷进行抛光,以达到降低材料表面粗糙度和减少表面与亚表面损伤的目的。利用田口方法设计3因素3水平正交试验,着重分析磁铁转速、加工间隙和抛光液磨粒粒径对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,并采用方差分析法分析各因素对2个评价指标的影响权重。可达到最低表面粗糙度的工艺参数组合为:磁铁转速,300 r/min;加工间隙,0.5 mm;磨粒粒径,1.25μm。可达到最高材料去除率的工艺参数组合为:磁铁转速,400 r/min;加工间隙,0.5 mm;磨粒粒径,2.00μm。根据优化的工艺参数进行抛光,表面粗糙度最低可达4.5 nm,材料去除率最高可达0.117μm/min,优化效果显著。利用遗传算法优化BP神经网络建立抛光预测模型,预测误差为3.9484%。

TA1纯钛毛细管化学辅助磁性复合流体抛光实验研究

对医用TA1纯钛毛细管内表面进行镜面抛光,有助于减小检测样本残留、提高毛细管移液精度,从而提高体外诊断设备的检测精度与可靠性。针对纯钛毛细管内表面质量差、材质难抛光的问题,提出一种新型化学辅助磁性复合流体抛光方法,将化学氧化与机械去除相结合,实现对毛细管内表面的高效精密抛光。采用单因素实验探究抛光液中的铁粉质量、过氧化氢质量分数与苹果酸质量分数对毛细管内表面材料去除率和粗糙度的影响,获得最佳抛光参数;检测在抛光过程中毛细管内表面的材料去除与元素变化,分析该技术用于纯钛毛细管内表面的综合抛光效果。结果表明:在铁粉质量为2 mg、过氧化氢质量分数为7.2%、苹果酸质量分数为6%的条件下抛光90 min后,纯钛毛细管内表面粗糙度由R_(a)675 nm降至R_(a)75 nm,无原始裂隙的平整抛光区域粗糙度低至R_(a)19.5 nm,材料去除深度达28μm,原始表面的细微裂痕被基本去除,粗壮裂隙减小;抛光过程没有引入其他元素。

磁性抛光机的研制

阐述了磁性抛光机与传统抛光机不同的特点、原理、性能要求、结构以及制造工艺和技术处理问题。

磁性复合抛光体配制及其抛光性能试验研究

介绍一种新的磁性复合抛光体(M PT)的配制及检测方法.新的磁性抛光体是将磁性复合流体和磨粒、植物纤维素均匀混合,通过外加磁场压缩制成的,在磁场作用下为半固态.M PT的主要成分及规格:煤油基纳米直径F e3O4的磁流体(M F)、微米级直径的铁粉、微米级直径的纯A l2O3磨粒.对几种混合比例的M PT分别进行了SEM的显微观察和抛光作用力的三维检测,在给定压力下对M PT的剪切力和抛光性能进行了试验.结果表明:磁性复合抛光体的配比影响着M PT最大剪切力,具有承受剪切力大的磁性抛光体的抛光效果较好.该研究为复杂曲面的高效、高质量抛光提供了应用依据.

光学元件磁性复合流体抛光特性研究

采用磁性复合流体(MCF)对BK7玻璃进行定点抛光实验,对抛光斑进行三维模型重构,并对磁场空间分布进行仿真与实验分析,阐明抛光材料去除机理,确定材料去除率、表面粗糙度及硬度随抛光时间的变化规律,建立了材料去除量与磁通密度的关系曲线。实验结果表明:抛光形成的抛光斑表面轮廓为蝶形,其沿抛光轮轴向的截面轮廓呈“W”形;材料去除量与磁场强弱及抛光时间密切相关,抛光深度去除率最高可达553 nm/min;表面粗糙度随抛光时间的增加先上升后下降,MCF抛光可获得表面粗糙度Ra<6 nm的光滑表面,且粗糙度与硬度呈现一定的正相关关系。

3D打印微结构工件的磁性复合流体抛光工艺研究

对微结构精密加工时需要能够控制高低不平的材料去除,以保证不破坏原有微结构的三维形貌特征.通过自行搭建的实验平台对3D打印出来的微结构工件进行抛光实验,主要研究了机床主轴转速、加工间隙、抛光时间和抛光路径等工艺参数对微结构抛光后的三维轮廓材料去除特性以及微结构的保形情况.实验结果表明:微结构保形系数随着抛光时间增加而变小,而主轴转速和加工间隙的变化对保形系数影响较小;采用等高线移动式抛光的保形系数比采用水平移动式大;相同工艺参数抛光对包体状和截面为半圆的圆环圆周阵列微结构工件保形效果较好,对正三棱锥工件保形效果较差.

Ni-P镀层的磁性混合流体抛光

采用磁性混合流体（Magnetic compound fluid,MCF）对光学镜头模具的镍-磷（Nickel phosphorus,Ni-P）镀层表面进行抛光研究。试验中使用两种构成成分的MCF：常用的BASF制HQ铁粉（Carbonyl-iron-particles,CIPs）和Al2O3磨粒基MCF1以及新型的表面ZrO2磨粒（50~100 nm）涂层铁粉基MCF2。两种成分的MCF都消除了Ni-P镀层表面单晶金刚石车削残留的螺旋状切削痕。但使用MCF1,由于Al2O3磨粒相对于ZrO2磨粒较大且较硬,易引入抛光痕及铁粉粒子的嵌入,难以进一步改善Ni-P镀层的表面质量。采用新型ZrO2磨粒涂层铁粉基MCF2,则没有引入抛光痕及粒子的嵌入,实现Ni-P镀层表面粗糙度方均根值（Root mean square,RMS）和Ra的改善。通过在x轴和y轴方向设计抛光路径,使粒子均具有相对运动速度,同时改善了Ni-P镀层的表面粗糙度及平坦度。初步证明了磁性混合流体抛光亦可用于较软的磁性材料表面的纳米级光整加工。

磁性液体射流抛光磁屏蔽系统的设计与试验研究

利用ANSYS软件,对磁性液体射流抛光磨具电磁场磁屏蔽系统的材料和结构进行模拟分析。根据模拟结果设计磁屏蔽系统,结果表明:采用具有低磁阻特性的高导磁性材料双层屏蔽结构,能提高屏蔽效能,减少"漏磁",有效防止工件被磁化。对抛光工作区域磁场进行测试,证明磁屏蔽系统具有较好的屏蔽效果。

光学非球面磁性复合流体抛光运动控制算法设计

为了实现高精度光学非球面元件超精密抛光加工的需要,设计了光学非球面磁性复合流体抛光运动控制算法。通过分析光学非球面磁性复合流体抛光加工原理,建立抛光头在加工过程中相对非球面表面的位态变换关系,采用D-H法建立抛光试验台运动学模型,求解抛光过程中抛光头位姿量,运用逆向运动学求解方法计算试验台运动量;开展工艺实验,对该运动控制算法进行验证。实验结果表明,所设计的抛光运动控制算法能够准确指导光学非球面元件抛光加工。

塑封工件的磁性湿态抛光

硬盘驱动臂塑封线圈后 ,有些工件的外表面不均匀、光洁度不足 ,经手抛或通常的干态机械抛光后 ,仍解决不了问题 ;也不能象单独工件一样 ,直接放入溶液中进行化学抛光或直接放入磁性湿态抛光盆中进行磁性湿态抛光 ;在设计了一个镂空的薄塑料圆盘并将塑封工件的头部垂直插入圆盘再经磁性湿态抛光后 ,工件表面的光洁度和清洁度就大大提高 ,而且表面均匀、光亮。

光学元器件磁辅助抛光特性探究

为探究磁性复合流体抛光中抛光间隙对熔石英玻璃去除特性的影响,对抛斑截面轮廓进行特征分析,通过对抛光斑轮廓进行三维重构,并对磁场空间分布进行了理论分析和实际测试,阐明抛光去除机理,确定了抛光斑表面粗糙度和、材料去除率和紫外光透过率随抛光间隙的影响规律,并建立了材料去除深度与磁通密度的关系曲线。实验结果表明:抛光斑的轴向方向和纵向方向截面轮廓分别呈现出“W”和“V”形;且同一抛光时间下,减小抛光间隙,MCF抛光能获得的更大的抛光斑长度、宽度及抛光深度;材料去除率与抛光间隙及空间磁场分布密切相关,抛光深度去除率最高可达1230 nm/min。

超光滑光学表面的磁性类Bingham流体确定性抛光

利用磁性抛光介质在梯度磁场作用下呈现出具有粘塑性的类Bingham流体的特点,实现了对具有超光滑表面精度要求(表面粗糙度一般低于0.5nm)的光学元件,特别是应用于接近衍射极限的短波段光学元件的确定性抛光.磁流体与被抛光工件间的相对运动导致工件表面抛光区域产生较强的剪切力,从而去除工件表面材料.通过控制梯度磁场的敏感参量如磁场强度、磁极间距等获得磁场中类Bingham流体形成柔性抛光带的形状及工作状态的实时响应.去除函数和去除率曲线反映了磁流体抛光符合经典Preston抛光模型,并突出体现确定性去除这一特点.磁流体抛光全过程中去除函数向外周呈稳定的高斯分布状光滑渐变化趋势.抛光结果表明,配制成功的初始粘度0.5Pa·s的标准磁流体抛光液可实现对超光滑光学元件确定性抛光,弥补传统接触式或压力式光学抛光呈现较大下表面破坏层、去除确定性不高等缺点,抛光35min后工件表面粗糙度由最初17.58nm收敛到0.43nm.

光学玻璃超声振动维氏压痕中位裂纹的实验研究

为了进一步掌握光学玻璃材料超声振动辅助磨削亚表面损伤机理,设计常规和超声振动条件下维氏压痕实验,调查两种情况下K9光学玻璃压痕形貌特征;采用磁性复合流体抛光方法检测K9光学玻璃压痕区域的中位裂纹深度,对常规压痕系统中位裂纹模型进行两次系数修正,获得超声振动条件下的维氏压痕系统中位裂纹深度模型.通过超声振动维氏压痕实验计算静态和动态断裂韧性,得到两种加载条件的一次修正系数分别为0.08和0.06;结合检测中位裂纹深度实验结果拟合获得的两种条件下二次修正系数数值接近,分别为94.75和94.50.结果表明该模型对超声振动和加工条件具有良好的识别度.