磁流变抛光发展历程

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2μm/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10μm（峰谷值）降到了几个μm，1989年，Suzuki等人[5]用这种方法使表面粗糙度从1500Å降低到了100Å，面形误差从0.4μm降到了0.3μm。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2-4μm/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学表面[J].哈尔滨工业大学学报，2005，37（4）：42-44王伟.面接触式磁流变抛光方法的研究[D].西安工业大学，硕士学位论文,2007孙恒五.液体磁性磨具光整加工技术研究[D].太原理工大学，博士学位论文,2008