[发明专利]基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头

说明书

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。

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。