[发明专利]可长时稳定抛光液性能的磁流变抛光液循环装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到磁流变抛光的技术领域，特指一种可长时稳定抛光液性能的磁流变抛光液循环装置。

背景技术

确定性磁流变抛光技术是将电磁学、流体动力学、分析化学等相结合而提出的一种先进光学制造方法，是非球面光学零件加工的有效手段之一，它能在获取高精度光学表面的同时，保证良好的表面加工质量、微小的工件亚表面损伤以及高的加工效率，从而很好的满足现代光学对光学零件的加工要求。确定性磁流变抛光技术利用磁流变抛光液在磁场中的流变性对工件进行抛光，磁流变抛光液由抛光论循环带入抛光区域，在区域中高强度的梯度磁场的作用下，成为具有粘塑性的Bingham介质，变硬，粘度变大，形成具有一定形状的“柔性抛光模”(磁流变液在磁场中形成凸起缎带)，当“柔性抛光模”流经工件与抛光盘形成的小间隙时，工件表面会产生很大的剪切力，对工件表面材料实现去除。

要实现确定性磁流变抛光，关键在于能够长时间的保持循环中的磁流变抛光液性能的稳定性，进而保证磁流变抛光的去除函数模型的一致性，只有这样，才能实现对光学零件表面的准确去除。磁流变抛光液作为确定性磁流变抛光光学零件的重要载体，它通过承载抛光颗粒实现光学零件表面的机械、化学综合去除作用，其性能的稳定性直接影响着光学零件的加工质量，而其循环的时效性又决定着光学零件的加工时间。现代科学技术的发展对光学加工的加工口径、加工精度以及加工质量都提出了更高的要求，这些要求的提出使得光学加工呈现出加工周期长、收敛次数多、间断性反复等特点。确定性磁流变抛光作为一种先进的光学制造方法，要能达到现代光学加工的要求，就必须对循环中的磁流变抛光液特性进行有效的控制。不考虑磁流变液本身性能的好坏，在对光学零件进行磁流变抛光的过程中，磁流变抛光液对光学零件的去除特性表现为：磁流变抛光液的流量、磁流变抛光液的磁性颗粒含量。通过对磁流变抛光液的流量稳定性加以控制，可以保证磁流变抛光液具有形状稳定的去除函数；通过对磁流变抛光液中磁性颗粒含量的稳定性加以控制，可以保证磁流变抛光具有稳定的去除能力，从而实现光学材料的确定性高精度去除。

国外最早开始将磁流变液应用于确定性磁流变抛光的是美国罗彻斯特大学光学制造中心(Center for Optics Manufacturing，简称COM)。COM从1993年开始建立磁流变抛光实验系统，迄今已经开发了多代用于确定性磁流变抛光的商用机床。2001年COM在其申请的磁流变液传输系统的专利(USP862245)中利用测定压力损失和流量来计算和控制磁流变液的粘度，从而实现磁流变液性能的稳定性控制，但是其对磁流变抛光液性能的稳定控制仅局限于加工状态，因此难以进行长时间间断性的反复加工，且其对磁流变抛光液体粘度的测定需要同时检测液体的压力和流量，压力和流量的误差都会引入到粘度中去，因此精度有限。而国内由于对磁流变抛光技术的研究还大多在起步阶段，因此不少研究所在利用磁流变抛光的过程中对磁流变抛光液的性能控制还比较简单，甚至不实施有效的控制。清华大学在其专利(专利号：ZL03153996.3)中提供了一种可以公自转形式的电磁抛光头用以磁流变抛光，其加工过程中磁流变抛光液不参与循环，因此无需对磁流变抛光液的性能进行控制。这种不对磁流变液性能进行控制而进行加工的方式，不能带走加工热和加工磨屑，随着加工过程中磁流变抛光液水分的蒸发和变质，使得磁流变抛光液的性能发生改变，从而导致其不能够实现确定性精确的磁流变抛光。哈尔滨工业大学在对磁流变抛光技术的研究过程中建立了用于控制磁流变抛光液在加工中性能稳定的磁流变抛光液的循环装置，通过保持磁流变抛光液性能的稳定实现了抛光液循环利用，但是由于其同样采用测定压力损失和流量来监测液体粘度，并且其装置使用脉动较大的隔膜泵作为循环系统动力源，使得磁流变抛光液的喷出不稳定连续；回收装置利用铜片接触抛光轮阻挡磁流变抛光液流动进行回收，容易摩擦、划伤抛光轮表面，影响抛光轮的表面质量和圆度；控制系统只对磁流变抛光液的粘度进行了闭环控制，对加工过程中影响加工工艺稳定的磁流变抛光液的流量，循环中磁流变抛光液的温度都没有进行控制，难以用于高精度光学零件的修形抛光。

现有的磁流变抛光液性能稳定方法通常是测定磁流变抛光液的沿程压力损失和液体流量的方式来计算磁流变抛光液的粘度，通过控制磁流变抛光液的粘度来稳定磁流变抛光液的性能，这种方式不仅装置复杂，而且由于粘度的检测会同时受到压力测量精度和流量测量精度的影响，误差较大。况且磁流变抛光液的粘度特性是从流体的性能来表征磁流变抛光液的性能，其不与磁流变抛光中磁流变抛光液在抛光区域对光学材料的剪切应力直接相关，因此并不能完全反映磁流变抛光中抛光液的材料去除特性。

发明内容