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磁流变抛光

/magnetorheological finishing/
条目作者胡皓

胡皓

最后更新 2023-05-23
浏览 184
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利用由磁性颗粒、基液、抛光粉和稳定剂等组成的磁流变抛光液流经高梯度磁场产生的剪切增强效应,通过稳定控制流量、黏度等参数,实现材料的精确可控去除的加工方法。

英文名称
magnetorheological finishing
所属学科
机械工程

可用于复杂光学面形的精确修形加工,是可控柔体抛光方法的一种。

磁流变抛光技术起源于20世纪80~90年代发展的各类磁介质辅助光学抛光方法。1993年,白俄罗斯的W.科尔东斯基(Willam I.Kordonski)和美国罗彻斯特大学光学制造中心的S.雅各布斯(Steve Jacobs)等人合作将电磁学、流体动力学理论、分析化学相结合,发明了磁流变抛光技术,并于1997年推出了第一台商品化轮式Q22型磁流变抛光机床。德国、日本、中国等多个国家也相继开展了磁流变抛光技术的研究。

磁流变抛光对光学表面进行面形误差修正的基本原理是基于计算机控制光学表面成形[注](CCOS)技术,通过控制抛光工具在工件表面不同位置停留不同时间,实现面形误差高点的准确去除。其硬件基础一般包括磁流变抛光液、抛光装置、循环控制系统以及多轴数控运动平台。磁流变抛光液是进行抛光的前提,其流变性、抗氧化能力、零磁场黏度以及抗团聚、抗沉降性等指标对抛光能力都有着直接的影响。如图所示,抛光装置是使流经加工区域的磁流变抛光液发生流变性变化,成为“柔性抛光模”对工件进行材料去除的关键,主要由磁场发生装置和抛光轮等组成,其中磁场发生装置在加工区域产生的磁感应强度一般需达到0.2特斯拉以上,抛光轮的综合圆跳动不超过20微米。循环控制系统不仅用于实现磁流变抛光液的输出和回收,还包括对磁流变抛光液的状态进行在线检测和控制,使抛光液的流量、黏度、温度等参数保持稳定,波动误差一般要求控制在5%甚至更小。多轴数控平台主要用于保持抛光工具与工件的恒定间隙,使得“柔性抛光模”压入工件各位置的深度保持一致,实现材料的稳定去除,用于非球面零件加工的数控平台至少需要4轴联动。磁流变抛光的软件基础主要包括面形误差和去除函数的提取,驻留时间的解算与实现等。

磁流变抛光技术是高精度光学镜面高效、自动化制造的有效加工方法之一,具有以下优势:面形加工精度高,可以达到纳米级;表面质量好,不会带来亚表面加工损伤,表面粗糙度可达亚纳米级;加工效率高,单次误差收敛比可达3以上;应用范围广,能够加工的光学材料种类多,可加工的材料包括各种光学玻璃、光学晶体(氟化镁、氟化钙等)以及碳化硅等特殊材料。采用磁流变抛光技术加工的光学零件广泛应用于侦查相机、光刻物镜、强激光装置以及许多其他的系统和装置中。

  • 李圣怡,戴一帆,等.大中型光学非球面镜制造与测量新技术.北京:国防工业出版社,2011.
  • SHOREY A B, GREGG L L, ROMANOFSKY H J, et al.Materials removal during magnetorheological finishing.Proceedings of SPIE,1999,3782:101-111.

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