磁场和磁流变液对磁流变抛光的影响研究

发布时间：2020-11-12 16:39

　　 磁流变抛光(Magnetorheological Polishing,MRP)是制造高精度光学仪器的重要工具,适用于各种表面类型的工件。MRP不仅具有去除函数稳定、修形精度高、抛光头不磨损、材料去除效率高等优点,而且还不会引入亚表面损伤。本文结合实际工程需求,对MRP工艺参数开展了相关的研究工作。主要包括以下几个方面内容:首先对MRP进行了抛光去除理论分析。根据MRP去除理论分析工件加工时的受力与去除过程,建立材料去除模型。运用ANSYS Workbench软件对抛光磨粒的浸入深度、球径大小和速度大小等工艺参数进行仿真分析,得到了材料表面的去除量、抛光磨粒受力以及支撑平面的受力情况。仿真结果表明:随着磨粒浸入深度的减小,对材料表面凸起的去除量也减小,磨粒的受力几乎不变,而凸起所在平面的支撑受力增大;随着磨粒球径和速度的增大,对材料表面凸起的去除量、磨粒的受力和支撑受力都增大。在理论计算和仿真分析的基础上对励磁装置的梯度磁场进行了研究。基于静磁场理论对励磁装置产生的梯度磁场进行了计算,运用ANSYS Workbench有限元分析工具对磁场进行仿真分析。探讨永磁励磁方式下的磁场分布规律,以及该分布规律对柔性抛光模的影响;研究磁极头的厚度、气隙宽度和磁轭宽度在不同尺寸下对磁流变液的磁通密度和抛光模的影响规律,并对其尺寸进行优化。优化后的励磁装置上方产生的磁通密度增强,磁场宽度增加,形成的磁流变抛光模变宽,抛光面积增大。搭建了 MRP实验台,并对其抛光性能进行了测试和分析。根据正置式MRP装置搭建了整个MRP实验系统,分别测试了不同抛光轮转速、浸入深度和磁场强度下对K9玻璃的抛光效果,利用超景深三维显微镜对抛光后的工件进行微观观察,并用三坐标测量仪对其去除深度进行测量,计算其去除量。结果表明,材料的去除量随着浸入深度、抛光轮转速和磁场强度的增大而增大,测试结果与仿真结果基本吻合。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

－｜?ＭＲｆｔＭｅｓｏｄ＾Ｔ｝?＾??图１－１?ＭＲＰ基本原理??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＭＲＰ??１．２．２磁流变抛光技术的研究现状??第一台ＭＲＰ样机是由Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ［１３］于１９９２年在明斯克设计出来的，样机如??图１－２所示，与现在的磁流变设备有一定的区别，那台样机采用环形槽存储磁??流变抛光液，在进行抛光实验操作时，磁流变液随着环形槽的转动而转动，当??转入抛光区域时，磁流变抛光液就会变硬，达到抛光的效果。??Ｔｍ?＾?￣??７?Ｅｔｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ??＇?Ｉ?＇ｉｆ?＾??Ｉｋ?ＬＩ?ＩＩ??ｍｒ?１?＾??图１－２?１９９２年制造的第一台ＭＲＰ设备??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ＭＲＰ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ?ｉｎ?１９９２??正置式轮式ＭＲＰ设备在美国罗切斯特大学光学中心［１４］于１９９５研制成功，??其原理样机如图１－３所示。这种轮式结构最初由Ｗ．Ｉ．Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ提出的，正置式??ＭＲＰ设备的工件位于抛光轮的上方。这种轮式ＭＲＰ设备的出现给非球面光学??修型和抛光带来了福音，通过ＣＣＯＳ?（计算机控制表面成型技术）基本思想，??现代ＭＲＰ技术得到人们的普遍认可与推广。??３??

１．２．２磁流变抛光技术的研究现状??第一台ＭＲＰ样机是由Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ［１３］于１９９２年在明斯克设计出来的，样机如??图１－２所示，与现在的磁流变设备有一定的区别，那台样机采用环形槽存储磁??流变抛光液，在进行抛光实验操作时，磁流变液随着环形槽的转动而转动，当??转入抛光区域时，磁流变抛光液就会变硬，达到抛光的效果。??Ｔｍ?＾?￣??７?Ｅｔｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ??＇?Ｉ?＇ｉｆ?＾??Ｉｋ?ＬＩ?ＩＩ??ｍｒ?１?＾??图１－２?１９９２年制造的第一台ＭＲＰ设备??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ＭＲＰ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ?ｉｎ?１９９２??正置式轮式ＭＲＰ设备在美国罗切斯特大学光学中心［１４］于１９９５研制成功，??其原理样机如图１－３所示。这种轮式结构最初由Ｗ．Ｉ．Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ提出的，正置式??ＭＲＰ设备的工件位于抛光轮的上方。这种轮式ＭＲＰ设备的出现给非球面光学??修型和抛光带来了福音，通过ＣＣＯＳ?（计算机控制表面成型技术）基本思想，??现代ＭＲＰ技术得到人们的普遍认可与推广。??３??

ＭＲ?ｆｌｕｉｄ?Ｃ〇Ｎ〇ｔｎｏ？ｅＲ?Ｉ?Ｊ??图１－３?ＣＯＭ研制的正置式轮式ＭＲＰ原理样机??Ｆｉｇ．?１－３?ＣＯＭ?ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ?ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ｏｆ?ｕｐｒｉｇｈｔ?ｗｈｅｅｌ－ｔｙｐｅ?ＭＲＰ??（ｉ）磁流变抛光加工工艺方面??ＱＥＤ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ公司开发了商用?ＭＲＰ机床Ｑ２２－７５０Ｐ２１１５１，如图?１－４所示，??该机床是一种倒置式载液轮抛光机，能够使加工后的工件面形精度／＾＜／１／２０，??表面粗糙度Ｒａ?＜ｌｎｍ，适用于加工面形精度非常高的工件。??３７０ｍｍ＇ｖｈｅｅｌ?５０ｍｍｗｈｅｅｌ??图１－４?Ｑ２２－７５０Ｐ２磁流变抛光机床??Ｆｉｇ．?１－４?Ｑ２２－７５０Ｐ２?ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ?ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ??印度新德里理工大学Ａｌａｍ等［１６］对球头ＭＲＰ建立了作用于磨料上的磁致法??向力理论模型，计算法向力时，考虑到工件的磁化作用，可以增大工件与抛光??磨头间隙间的磁通密度。??Ｋａｎｓａｌ等［１７］使用两个圆柱形永磁体以及磁流变抛光液来加工抗磁铜合金工??件。通过Ｍａｘｗｅｌｌ?Ａｎｓｏｆｔ软件对永久磁铁的工作间隙中的磁通密度分布进行仿??真分析，并在铜合金工件上实验得出经过７．５ｍｉｎ的抛光后，工件的表面粗糙度??Ｒａ从２７３．６ｎｍ达到最小值２８．８ｎｍ，如图１－５所示为抛光后在电子显微镜下的微??观图。有限元分析和实验结果表明
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本文编号：2880979