本發(fā)明屬于精密拋光設(shè)備，具體涉及一種基于法向力的水基磁流變封閉式柔性拋光頭。

背景技術(shù)：

超光滑表面拋光技術(shù)是超精密加工體系的一個(gè)重要組成部分，隨著研究的深入以及檢測技術(shù)的提高，人們對納米級超光滑表面的形成機(jī)理有了更深刻的認(rèn)識，并開發(fā)了許多拋光技術(shù)，如傳統(tǒng)游離磨料拋光，主要指磨料游離散布在工件與柔性研具之間的工作界面內(nèi)，通過工件和研具向磨料施加作用力，使磨料在工作界面內(nèi)滾動(dòng)和滑動(dòng)，從工件上去除材料的加工方式，該方法在拋光過程中，磨料的濃度、分布均勻性、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)軌跡及滯留時(shí)間等無法直接控制。再如彈性發(fā)射加工，該方式的核心部件是一個(gè)拋光輪，拋光輪與工件之間保持一個(gè)微小間隙（大約數(shù)十個(gè)微米），拋光液充斥于該間隙之內(nèi)。加工時(shí)，拋光輪高速旋轉(zhuǎn)，使微小間隙內(nèi)形成了一層流體動(dòng)壓拋光膜，從而平衡施加在拋光輪上的壓力。磨料在流體動(dòng)壓的作用下與工件表面發(fā)生微弱的彈性碰撞實(shí)現(xiàn)從工件上去除材料，但是該方法的加工效率極其低下（僅5nm/min）。湖南大學(xué)王永強(qiáng)博士在《大拋光模流變超光滑平面拋光技術(shù)》一文中記載了一種磁流變拋光的材料去除率為2μｍ/min，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過多步修形來提高面形精度，逐步降低表面粗糙度，且不引入表面及亞表面損傷，但目前關(guān)于磁流變拋光裝置都需要集成一個(gè)拋光液循環(huán)裝置，從而增大整個(gè)拋光裝置的尺寸，增加了拋光裝置的成本?；谝陨犀F(xiàn)狀，我國拋光技術(shù)比較成熟，但在某些細(xì)節(jié)方面需要優(yōu)化改善（如縮小結(jié)構(gòu)尺寸、降低成本等）。

鐵磁物質(zhì)，均為親水性物質(zhì)，較易在水中分散。出于拋光效率的考慮，水基的磁流變液在相同磁場中的屈服應(yīng)力是硅油或煤油等介質(zhì)的2-4倍，并且水具有水解作用，這對光學(xué)加工是極其有利的。為了防止雜質(zhì)離子對粒子間的雙電層干擾，造成粒子間的排斥力減小，影響粒子的分散，選擇去離子水作為基載液。而且水具有無毒、無污染、溫度適用范圍寬、易清洗等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于法向力的水基磁流變封閉式柔性拋光頭，使得柔性磨片包覆拋光工件表面，最終均勻去除工件表面材料，在拋光過程中不產(chǎn)生亞表面損傷；另外本發(fā)明中的磁流變液密封存在，不與工件表面產(chǎn)生直接接觸，因此不需要另加拋光液循環(huán)裝置，大大減小流裝置尺寸，降低了生產(chǎn)成本。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于法向力的水基磁流變封閉式柔性拋光頭，包括柔性磨片、磁流變液、柔性密封圈、轉(zhuǎn)盤、c形磁軛、外殼、隔板、電磁線圈、電機(jī)、隔磁套、聯(lián)軸器、鍵、軸和磨粒；磨粒均勻分布在柔性磨片頂面，所述轉(zhuǎn)盤底部中心設(shè)有轉(zhuǎn)軸，自轉(zhuǎn)軸向上盲孔，柔性磨片平行設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上方，兩者之間固連柔性密封圈，柔性磨片、柔性密封圈和轉(zhuǎn)盤形成一個(gè)密封腔室，磁流變液填充在所述密封腔室中，外殼設(shè)置在轉(zhuǎn)盤底面下方，c形磁軛設(shè)置在外殼內(nèi)，c形磁軛開口端朝向轉(zhuǎn)盤，c形磁軛、轉(zhuǎn)盤和外殼三者之間構(gòu)成腔室，隔板、電磁線圈、電機(jī)、隔磁套、聯(lián)軸器、鍵和軸設(shè)置在所述腔室內(nèi)，電磁線圈繞在c形磁軛封閉端，隔板設(shè)置在電磁線圈頂面，隔板的側(cè)壁與c形磁軛內(nèi)側(cè)面過盈配合；電機(jī)固定在隔板頂面，隔磁套套在電機(jī)外壁，電機(jī)通過聯(lián)軸器與軸連接，軸通過鍵與盲孔連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：將磁流變液密封在由柔性磨片、柔性密封圈和轉(zhuǎn)盤所形成一個(gè)密封腔室中，通過電磁線圈調(diào)節(jié)c形磁軛兩端磁場強(qiáng)度，在n極、s極之間形成一個(gè)弧形磁場，磁流變液中鐵磁性顆粒在沿弧形磁場方向成鏈，柔性磨片在鏈的法向力作用下發(fā)生形變，使得柔性磨片包覆拋光工件表面，最終均勻去除工件表面材料，同時(shí)不產(chǎn)生亞表面損傷；另外由于該柔性拋光頭中的磁流變液密封存在，不與工件表面產(chǎn)生直接接觸，因此不需要另加拋光液循環(huán)裝置，大大減小了裝置尺寸，降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于法向力的水基磁流變封閉式柔性拋光頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明基于法向力的水基磁流變封閉式柔性拋光頭的側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明基于法向力的水基磁流變封閉式柔性拋光頭的柔性磨片變形原理簡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明所述的一種基于法向力的水基磁流變封閉式柔性拋光頭，包括柔性磨片1、磁流變液2、柔性密封圈3、轉(zhuǎn)盤4、c形磁軛5、外殼6、螺栓7、隔板8、電磁線圈9、電機(jī)10、隔磁套11、聯(lián)軸器12、鍵13、軸14和磨粒15。

所述轉(zhuǎn)盤4底部中心設(shè)有轉(zhuǎn)軸，自轉(zhuǎn)軸向上盲孔，柔性磨片1平行設(shè)置在轉(zhuǎn)盤4上方，兩者之間設(shè)有柔性密封圈3，并通過強(qiáng)力膠固連，柔性磨片1、柔性密封圈3和轉(zhuǎn)盤4形成一個(gè)密封腔室，磁流變液2填充在所述密封腔室中，外殼6設(shè)置在轉(zhuǎn)盤4底面下方，c形磁軛5設(shè)置在外殼6內(nèi)，c形磁軛5開口端朝向轉(zhuǎn)盤4，c形磁軛5、轉(zhuǎn)盤4和外殼6三者之間構(gòu)成腔室，螺栓7、隔板8、電磁線圈9、電機(jī)10、隔磁套11、聯(lián)軸器12、鍵13和軸14設(shè)置在所述腔室內(nèi)，電機(jī)10通過聯(lián)軸器12與軸14連接，軸14通過鍵13與盲孔連接；電機(jī)10通過螺栓7與隔板8連接，避免由于電機(jī)10振動(dòng)對電磁線圈9產(chǎn)生影響，并通過隔磁套11將電機(jī)10與c形磁軛5隔離，避免c形磁軛5中的磁場對電機(jī)10產(chǎn)生干擾，隔板8下底面與電磁線圈9接觸，隔板8的兩個(gè)平行的側(cè)面與c形磁軛5內(nèi)側(cè)面過盈配合，另兩個(gè)平行的側(cè)面不與外殼6接觸；電磁線圈9繞在c形磁軛5封閉端，外殼6以電磁線圈9為定位將整個(gè)磁場發(fā)生部分和電機(jī)傳動(dòng)部分與外界相對隔離(轉(zhuǎn)盤4底面與外殼6之間留有間隙)，用于拋光頭內(nèi)外空氣對流，有利于散熱。磨粒15均勻分布在柔性磨片1頂面，磨粒15采用微米級氧化鋁。c形磁軛5頂面不與轉(zhuǎn)盤4底面接觸。

所述磁流變液2為水基磁流變液，例如采用鐵磁性顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的水基磁流變液。

結(jié)合圖3，將磁流變液2密封在由柔性磨片1、柔性密封圈3和轉(zhuǎn)盤4所形成一個(gè)密封腔室中，通過電磁線圈9調(diào)節(jié)c形磁軛5兩端磁場強(qiáng)度，在n極、s極之間形成一個(gè)弧形磁場，磁流變液2中鐵磁性顆粒在沿弧形磁場方向成鏈，柔性磨片1在鏈的法向力作用下發(fā)生形變，使得柔性磨片1包覆拋光工件表面，最終均勻去除工件表面材料，同時(shí)不產(chǎn)生亞表面損傷；另外本發(fā)明中的磁流變液2密封存在，不與工件表面產(chǎn)生直接接觸，因此不需要另加拋光液循環(huán)裝置，大大減小流裝置尺寸，降低了生產(chǎn)成本。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于法向力的水基磁流變封閉式柔性拋光頭，包括柔性磨片、磁流變液、柔性密封圈、轉(zhuǎn)盤、C形磁軛、外殼、隔板、電磁線圈、電機(jī)、隔磁套、聯(lián)軸器、鍵、軸和磨粒。磨粒均勻分布在柔性磨片頂面；柔性磨片、柔性密封圈和轉(zhuǎn)盤形成一個(gè)密封腔室，磁流變液置于密封腔室中；轉(zhuǎn)盤底面中心設(shè)有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸中心向上開有盲孔，電機(jī)通過聯(lián)軸器與軸連接，軸通過鍵與盲孔連接；電機(jī)固定在隔板頂面，并通過隔磁套將電機(jī)與C形磁軛隔離，隔板下底面與電磁線圈接觸，電磁線圈繞在C形磁軛的封閉端，本發(fā)明不需要另加拋光液循環(huán)裝置，大大減小流裝置尺寸，降低了生產(chǎn)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：張廣;汪輝興;王炅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.08.04
技術(shù)公布日：2017.10.17