CN106881636B - 一种载液板及其制造方法以及磁性复合流体抛光头装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种载液板及其制造方法，还提供一种磁性复合流体抛光头装置。本发明提供的载液板具有多个正四面体凹槽单元，载液板由基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ以及附板Ⅳ层层叠加而组成，基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ以及附板Ⅳ上具有凹槽或通孔，凹槽和通孔相匹配共同构成正四面体凹槽单元。本发明提供的磁性复合流体抛光头装置包括：磁铁旋转部以及载液板旋转部，磁铁旋转部包含：第一驱动电机、主轴、磁铁盘以及永久磁铁；载液板旋转部包含：第二驱动电机、V型带轮、V带、连接支架以及载液板，其中，载液板为上述的载液板。本发明提供的磁性复合流体抛光头装置结构简单，材料去除效率高，适用的磁性簇尺寸范围广等特点。

Description

一种载液板及其制造方法以及磁性复合流体抛光头装置
技术领域
本发明涉及机械领域，具体涉及一种载液板及其制造方法以及磁性复合流体抛光头装置。
背景技术
磁性复合流体(Magnetic compound fluid，MCF)抛光是一种新型纳米级超精密加工技术，它是利用磁性复合流体在磁场作用下，呈半固态介质，对工件进行抛光的加工技术。它具有抛光过程可控、加工工件表面面形精度高、不产生亚表面损伤、抛光头尺寸可控可变、实现对材料的确定性加工等优点，磁性复合流体抛光具有广泛的发展前途和工程应用价值。
现有的磁性复合流体抛光头装置中，起到承载磁性复合流体的载液板多以光滑平面为主，与磁性复合流体间的摩擦力相对较小，不利于提高磁性复合流体抛光的去除效率。另外，磁性复合流体在加工过程中易受外界条件影响，使磁性簇尺寸发生改变。
发明内容
本发明为解决上述传统磁性复合流体抛光材料去除效率较低的问题，目的在于提供一种载液板及其制造方法以及磁性复合流体抛光头装置。
本发明提供了一种载液板制造方法，具有这样的特征，包括以下步骤：
步骤一：设载液板吸附的磁性复合流体抛光液的磁性簇的顶端为半球形，顶端为半球形的磁性簇的标准直径为a，载液板上正四面体凹槽单元的棱长为x，磁性簇顶端与正四面体凹槽单元的底面正三角形内切，即有：
得正四面体凹槽单元的棱长为：
由正四面体凹槽单元的棱长得到正四面体凹槽单元的深度h0为：
步骤二：按照2：2：1：0.5：0.25的比例设计基板正四面体凹槽深度h1和附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、附板Ⅳ正三棱台厚度h2，h3，h4，h5，得到h1，h2，h3，h4，h5与正四面体凹槽单元的深度h0关系为：
基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ的正四面体凹槽和正三棱台通孔的底面正三角形的边长分别为x1，x2，x3，x4，x5，得：
步骤三：载液板的组合情况有：基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，这五种组合载液板配合的磁性簇的最大直径分别为a1，a2，a3，a4，a5，计算：
a3＝a (16)
上述载液板能满足配合的磁性簇的直径范围为：
基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，这五种组合载液板满足的磁性簇的直径调节范围分别为：
步骤四：依据磁性簇直径的范围，选取所需的载液板的组合情况。
本发明还提供了一种载液板由上述的载液板制造方法制造，具有这样的特征，包括：载液板具有多个正四面体凹槽单元，载液板由基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ以及附板Ⅳ层层叠加而组成，基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ以及附板Ⅳ上具有凹槽或通孔，凹槽以及通孔相匹配共同构成正四面体凹槽单元。
在本发明提供的载液板中，还可以具有这样的特征：其中，多个正四面体凹槽单元呈多圈的环形阵列排布。
本发明还提供了一种磁性复合流体抛光头装置，具有这样的特征，包括：磁铁旋转部，用于产生高速旋转的磁场，包含：第一驱动电机、由第一驱动电机带动的主轴、与主轴相连的磁铁盘以及固定在磁铁盘下方的永久磁铁，以及载液板旋转部，用于磁性复合流体旋转，包含：第二驱动电机、由第二驱动电机带动的V型带轮、与V型带轮连接的V带、与V带连接的连接支架以及固定在连接支架末端的载液板，其中，载液板为上述中任意一项的载液板，用于磁性吸附磁性复合流体，磁铁盘以及永久磁铁安装在连接支架内。
发明的作用与效果
本发明提供的磁性复合流体抛光头装置结构简单，体积小，可行性高：该抛光头仅由主轴、磁铁盘、永久磁铁、连接支架、载液板、V型带，V型带轮和电机组成，各部分均为常见元件，加工方便，可行性高。
本发明提供的载液板在抛光过程材料去除率有效提高：通过设计载液板表面的正四面体凹槽单元，增加载液板表面粗糙度，提高载液板对磁性复合流体的摩擦驱动力，实现更高的磁性复合流体抛光对材料去除效率。
本发明提供的载液板及其制造方法适用范围广，通用型强：通过载液板表面正四面体凹槽单元尺寸的可调性设计，扩大了能满足的磁性簇直径范围，使用方便。
附图说明
图1是本发明的实施例中的磁性复合流体抛光头装置示意图；
图2是本发明的实施例中的载液板主视图；
图3是本发明的实施例中的载液板左视图；以及
图4为本发明的实施例中的载液板与磁性复合流体的作用示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种载液板及其制造方法以及磁性复合流体抛光头装置作具体阐述。
图1是本发明的实施例中的磁性复合流体抛光头装置示意图。
如图1所示，磁性复合流体抛光头装置100，包括磁铁旋转部10和载液板旋转部20。
磁铁旋转部10用于产生高速旋转的磁场。磁铁旋转部10包含：第一驱动电机11、主轴12、磁铁盘13以及永久磁铁14。其中，永久磁铁14通过螺钉偏心安装在磁铁盘13下方，磁铁盘13通过螺钉与主轴12连接，主轴12通过联轴器安装在第一驱动电机11上，由第一驱动电机11驱动主轴12带动永久磁铁14转动，进而产生高速旋转的磁场。
载液板旋转部20用于磁性复合流体旋转。载液板旋转部20包含：第二驱动电机21、V型带轮22、V带23、连接支架24以及载液板25。其中，连接支架24采用圆形套筒，安装在磁铁旋转部10的外侧；载液板25作为连接支架24的端盖，通过螺钉27a安装于永久磁铁14下方。V带23套在V型带轮22和连接支架24上，第二驱动电机21和V型带轮22通过联轴器连接，第二驱动电机21通过V型带轮22驱动连接支架24及载液板25旋转，使载液板25上的磁性复合流体26旋转，从而实现对工件抛光去除。
图2是本发明的实施例中的载液板主视图；图3是本发明的实施例中的载液板左视图；以及图4为本发明的实施例中的载液板与磁性复合流体的作用示意图。
如图2至图4所示，载液板25具有呈多圈的环形阵列排布的多个正四面体凹槽单元25a。
载液板25由基板251、附板Ⅰ252、附板Ⅱ253、附板Ⅲ254以及附板Ⅳ255层层叠加而组成。且基板251、附板Ⅰ252、附板Ⅱ253、附板Ⅲ254以及附板Ⅳ255上具有正四面体凹槽或正三棱台通孔如图3中251a、252a、253a、254a、255a所示。正四面体凹槽251a和这些正三棱台通孔252a、253a、254a、255a相匹配共同构成正四面体凹槽单元25a，通过螺钉27b固定。
载液板25的制造是通过磁性复合流体26的磁性簇26a大小来确定正四面体凹槽单元25a的尺寸大小，提高载液板25对磁性复合流体26的摩擦驱动力，以达到有效提高抛光的去除效率。
载液板25的制造方法如下：
步骤一：设载液板吸附的磁性复合流体抛光液的磁性簇的顶端为半球形，顶端为半球形的磁性簇的标准直径为a，载液板上正四面体凹槽单元的棱长为x，磁性簇顶端与正四面体凹槽单元的底面正三角形内切，即有：
得正四面体凹槽单元的棱长为：
由正四面体凹槽单元的棱长得到正四面体凹槽单元的深度h0为：
步骤二：按照2：2：1：0.5：0.25的比例设计基板正四面体凹槽深度h1和附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、附板Ⅳ正三棱台厚度h2，h3，h4，h5，得到h1，h2，h3，h4，h5与正四面体凹槽单元的深度h0关系为：
基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ的正四面体凹槽和正三棱台通孔的底面正三角形的边长分别为x1，x2，x3，x4，x5，得：
步骤三：载液板的组合情况有：基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，这五种组合载液板配合的磁性簇的最大直径分别为a1，a2，a3，a4，a5，计算：
a3＝a (16)
上述载液板能满足配合的磁性簇的直径范围为：
基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，这五种组合载液板满足的磁性簇的直径调节范围分别为：
步骤四：依据磁性簇直径的范围，选取所需的载液板的组合情况。
当磁性复合流体26抛光液的成分及比例为：羰基铁粉、氧化铈、去离子水、α-纤维素，其比例为5:1:3:1时，设磁性簇26a的顶端为半球形，则磁性簇26a的标准直径为a＝5mm。
由磁性簇26a直径a＝0.5，设载液板上正四面体凹槽单元25a的棱长为x，磁性簇26a顶端与正四面体凹槽单元25a的底面正三角形内接，由公式(2)得：
由公式(3)得正四面体凹槽单元25a的深度h0为
载液板25组合情况有：基板251、基板251+附板Ⅰ252、基板251+附板Ⅰ252+附板Ⅱ253、基板251+附板Ⅰ252+附板Ⅱ253+附板Ⅲ254、基板251+附板Ⅰ252+附板Ⅱ253+附板Ⅲ254+附板Ⅳ255，这五种组合载液板25配合的磁性簇26a的最大直径分别为a1，a2，a3，a4，a5，计算：
a3＝a＝5 (23)
以上知载液板25适用磁性簇26a的直径范围：0～5.65mm。这五种组合适用磁性簇26a调节范围分别为：0～1.74mm，1.74～3.48mm，3.48～5mm，5～5.44mm，5.44～5.65mm。
若因外界条件导致磁性簇26a尺寸减少为3.5mm，范围在3.48～5mm间，则选择基板251+附板Ⅰ252+附板Ⅱ253配合使用，提高载液板255对磁性复合流体26的摩擦驱动力，实现更高的磁性复合流体26的去除效率。
实施例的作用与效果
本实施例提供的磁性复合流体抛光头装置结构简单，体积小，可行性高：该抛光头仅由主轴、磁铁盘、永久磁铁、连接支架、载液板、V型带，V型带轮和电机组成。采用套筒作为连接支架，使结构紧凑有序，缩小体积，各部分均为常见元件，加工方便，可行性高。
本实施例提供的载液板在抛光过程材料去除率有效提高：通过设计载液板表面的正四面体凹槽单元，增加载液板表面粗糙度，提高载液板对磁性复合流体的摩擦驱动力，实现更高的磁性复合流体抛光对材料去除效率。
本实施例提供的载液板及其制造方法适用范围广，通用型强：通过载液板表面正四面体凹槽单元尺寸的可调性设计，扩大了能满足的磁性簇直径范围，使用方便。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种载液板制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：设所述载液板吸附的磁性复合流体抛光液的磁性簇的顶端为半球形，顶端为半球形的所述磁性簇的标准直径为a，载液板上正四面体凹槽单元的棱长为x，所述磁性簇的顶端与所述正四面体凹槽单元的底面正三角形内切，即有：
得所述正四面体凹槽单元的棱长为：
由所述正四面体凹槽单元的棱长得到所述正四面体凹槽单元的深度h0为：
步骤二：按照2：2：1：0.5：0.25的比例设计基板正四面体凹槽深度h1和附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、附板Ⅳ正三棱台厚度h2，h3，h4，h5，得到h1，h2，h3，h4，h5与所述正四面体凹槽单元的深度h0关系为：
基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ的正四面体凹槽和正三棱台通孔的底面正三角形的边长分别为x1，x2，x3，x4，x5，得：
步骤三：所述载液板的组合情况有：基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，这五种组合所述载液板配合的所述磁性簇的最大直径分别为a1，a2，a3，a4，a5，计算：
a3＝a (16)
上述载液板能满足配合的所述磁性簇的直径范围为：
基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，这五种组合载液板满足的所述磁性簇的直径调节范围分别为：
步骤四：依据所述磁性簇直径的范围，选取所需的所述载液板的组合情况。
2.一种载液板由权利要求1所述的载液板制造方法制造，其特征在于：
所述载液板具有多个正四面体凹槽单元，
所述载液板由基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ以及附板Ⅳ层层叠加而组成，
所述基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ以及附板Ⅳ上具有凹槽或通孔，所述凹槽以及所述通孔相匹配共同构成所述正四面体凹槽单元。
3.根据权利要求2所述的载液板，其特征在于：
其中，多个所述正四面体凹槽单元呈多圈的环形阵列排布。
4.一种磁性复合流体抛光头装置，用于对工件进行抛光，其特征在于，包括：
磁铁旋转部，用于产生高速旋转的磁场，包含：第一驱动电机、由所述第一驱动电机带动的主轴、与所述主轴相连的磁铁盘以及固定在所述磁铁盘下方的永久磁铁，以及
载液板旋转部，用于磁性复合流体旋转，包含：第二驱动电机、由第二驱动电机带动的V型带轮、与所述V型带轮连接的V带、与所述V带连接的连接支架以及固定在所述连接支架末端的载液板，
其中，所述载液板为权利要求2～3中任意一项所述的载液板，用于磁性吸附所述磁性复合流体，
所述磁铁盘以及所述永久磁铁安装在所述连接支架内。
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