CN107253101B - 基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，包括柔性磨片、磁流变液、柔性密封圈、转盘、C形磁轭、外壳、隔板、电磁线圈、电机、隔磁套、联轴器、键、轴和磨粒。磨粒均匀分布在柔性磨片顶面；柔性磨片、柔性密封圈和转盘形成一个密封腔室，磁流变液置于密封腔室中；转盘底面中心设有转轴，转轴中心向上开有盲孔，电机通过联轴器与轴连接，轴通过键与盲孔连接；电机固定在隔板顶面，并通过隔磁套将电机与C形磁轭隔离，隔板下底面与电磁线圈接触，电磁线圈绕在C形磁轭的封闭端，本发明不需要另加抛光液循环装置，大大减小流装置尺寸，降低了生产成本。

Description

基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头

技术领域

本发明属于精密抛光设备，具体涉及一种基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头。

背景技术

超光滑表面抛光技术是超精密加工体系的一个重要组成部分，随着研究的深入以及检测技术的提高，人们对纳米级超光滑表面的形成机理有了更深刻的认识，并开发了许多抛光技术，如传统游离磨料抛光，主要指磨料游离散布在工件与柔性研具之间的工作界面内，通过工件和研具向磨料施加作用力，使磨料在工作界面内滚动和滑动，从工件上去除材料的加工方式，该方法在抛光过程中，磨料的浓度、分布均匀性、运动速度、运动轨迹及滞留时间等无法直接控制。再如弹性发射加工，该方式的核心部件是一个抛光轮，抛光轮与工件之间保持一个微小间隙（大约数十个微米），抛光液充斥于该间隙之内。加工时，抛光轮高速旋转，使微小间隙内形成了一层流体动压抛光膜，从而平衡施加在抛光轮上的压力。磨料在流体动压的作用下与工件表面发生微弱的弹性碰撞实现从工件上去除材料，但是该方法的加工效率极其低下（仅 5 nm/min）。湖南大学王永强博士在《大抛光模流变超光滑平面抛光技术》一文中记载了一种磁流变抛光的材料去除率为2μｍ/min，其优点是可以通过多步修形来提高面形精度，逐步降低表面粗糙度，且不引入表面及亚表面损伤，但目前关于磁流变抛光装置都需要集成一个抛光液循环装置，从而增大整个抛光装置的尺寸，增加了抛光装置的成本。基于以上现状，我国抛光技术比较成熟，但在某些细节方面需要优化改善（如缩小结构尺寸、降低成本等）。

铁磁物质，均为亲水性物质，较易在水中分散。出于抛光效率的考虑，水基的磁流变液在相同磁场中的屈服应力是硅油或煤油等介质的2-4倍，并且水具有水解作用，这对光学加工是极其有利的。为了防止杂质离子对粒子间的双电层干扰，造成粒子间的排斥力减小，影响粒子的分散，选择去离子水作为基载液。而且水具有无毒、无污染、温度适用范围宽、易清洗等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，使得柔性磨片包覆抛光工件表面，最终均匀去除工件表面材料，在抛光过程中不产生亚表面损伤；另外本发明中的磁流变液密封存在，不与工件表面产生直接接触，因此不需要另加抛光液循环装置，大大减小流装置尺寸，降低了生产成本。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，包括柔性磨片、磁流变液、柔性密封圈、转盘、C形磁轭、外壳、隔板、电磁线圈、电机、隔磁套、联轴器、键、轴和磨粒；磨粒均匀分布在柔性磨片顶面，所述转盘底部中心设有转轴，自转轴向上盲孔，柔性磨片平行设置在转盘上方，两者之间固连柔性密封圈，柔性磨片、柔性密封圈和转盘形成一个密封腔室，磁流变液填充在所述密封腔室中，外壳设置在转盘底面下方，C形磁轭设置在外壳内，C形磁轭开口端朝向转盘，C形磁轭、转盘和外壳三者之间构成腔室，隔板、电磁线圈、电机、隔磁套、联轴器、键和轴设置在所述腔室内，电磁线圈绕在C形磁轭封闭端，隔板设置在电磁线圈顶面，隔板的侧壁与C形磁轭内侧面过盈配合；电机固定在隔板顶面，隔磁套套在电机外壁，电机通过联轴器与轴连接，轴通过键与盲孔连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：将磁流变液密封在由柔性磨片、柔性密封圈和转盘所形成一个密封腔室中，通过电磁线圈调节C形磁轭两端磁场强度，在N极、S极之间形成一个弧形磁场，磁流变液中铁磁性颗粒在沿弧形磁场方向成链，柔性磨片在链的法向力作用下发生形变，使得柔性磨片包覆抛光工件表面，最终均匀去除工件表面材料，同时不产生亚表面损伤；另外由于该柔性抛光头中的磁流变液密封存在，不与工件表面产生直接接触，因此不需要另加抛光液循环装置，大大减小了装置尺寸，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头的整体结构示意图。

图2为本发明基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头的侧视图。

图3为本发明基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头的柔性磨片变形原理简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1和图2，本发明所述的一种基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，包括柔性磨片1、磁流变液2、柔性密封圈3、转盘4、C形磁轭5、外壳6、螺栓7、隔板8、电磁线圈9、电机10、隔磁套11、联轴器12、键13、轴14和磨粒15。

所述转盘4底部中心设有转轴，自转轴向上盲孔，柔性磨片1平行设置在转盘4上方，两者之间设有柔性密封圈3，并通过强力胶固连，柔性磨片1、柔性密封圈3和转盘4形成一个密封腔室，磁流变液2填充在所述密封腔室中，外壳6设置在转盘4底面下方，C形磁轭5设置在外壳6内，C形磁轭5开口端朝向转盘4，C形磁轭5、转盘4和外壳6三者之间构成腔室，螺栓7、隔板8、电磁线圈9、电机10、隔磁套11、联轴器12、键13和轴14设置在所述腔室内，电机10通过联轴器12与轴14连接，轴14通过键13与盲孔连接；电机10通过螺栓7与隔板8连接，避免由于电机10振动对电磁线圈9产生影响，并通过隔磁套11将电机10与C形磁轭5隔离，避免C形磁轭5中的磁场对电机10产生干扰，隔板8下底面与电磁线圈9接触，隔板8的两个平行的侧面与C形磁轭5内侧面过盈配合，另两个平行的侧面不与外壳6接触；电磁线圈9绕在C形磁轭5封闭端，外壳6以电磁线圈9为定位将整个磁场发生部分和电机传动部分与外界相对隔离(转盘4底面与外壳6之间留有间隙) ，用于抛光头内外空气对流，有利于散热。磨粒15均匀分布在柔性磨片1顶面，磨粒15采用微米级氧化铝。C形磁轭5顶面不与转盘4底面接触。

所述磁流变液2为水基磁流变液，例如采用铁磁性颗粒的质量分数为85%的水基磁流变液。

结合图3，将磁流变液2密封在由柔性磨片1、柔性密封圈3和转盘4所形成一个密封腔室中，通过电磁线圈9调节C形磁轭5两端磁场强度，在N极、S极之间形成一个弧形磁场，磁流变液2中铁磁性颗粒在沿弧形磁场方向成链，柔性磨片1在链的法向力作用下发生形变，使得柔性磨片1包覆抛光工件表面，最终均匀去除工件表面材料，同时不产生亚表面损伤；另外本发明中的磁流变液2密封存在，不与工件表面产生直接接触，因此不需要另加抛光液循环装置，大大减小流装置尺寸，降低了生产成本。

Claims (4)

1.一种基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，其特征在于：包括柔性磨片（1）、磁流变液（2）、柔性密封圈（3）、转盘（4）、C形磁轭（5）、外壳（6）、隔板（8）、电磁线圈（9）、电机（10）、隔磁套（11）、联轴器（12）、键（13）、轴（14）和磨粒（15）；磨粒（15）均匀分布在柔性磨片（1）顶面，所述转盘（4）底部中心设有转轴，自转轴底面向上设有盲孔，柔性磨片（1）平行设置在转盘（4）上方，两者之间固连柔性密封圈（3），柔性磨片（1）、柔性密封圈（3）和转盘（4）形成一个密封腔室，磁流变液（2）填充在所述密封腔室中，外壳（6）设置在转盘（4）底面下方，C形磁轭（5）设置在外壳（6）内，C形磁轭（5）开口端朝向转盘（4），C形磁轭（5）、转盘（4）和外壳（6）三者之间构成腔室，隔板（8）、电磁线圈（9）、电机（10）、隔磁套（11）、联轴器（12）、键（13）和轴（14）设置在所述腔室内，电磁线圈（9）绕在C形磁轭（5）封闭端，隔板（8）设置在电磁线圈（9）顶面，隔板（8）的侧壁与C形磁轭（5）内侧面过盈配合；电机（10）固定在隔板（8）顶面，隔磁套（11）套在电机（10）外壁，电机（10）通过联轴器（12）与轴（14）连接，轴（14）通过键（13）与盲孔连接。

2.根据权利要求1所述基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，其特征在于：所述转盘（4）底面与外壳（6）之间留有间隙，用于抛光头内外空气对流，有利于散热。

3.根据权利要求1所述基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，其特征在于：所述磁流变液（2）为水基磁流变液。

4.根据权利要求1所述基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，其特征在于：所述磨粒（15）采用微米级氧化铝。