[发明专利]一种磁场增强型磁流变液抛光装置

说明书

本发明提出了一种磁场增强型磁流变液抛光装置，通过电磁铁的结构优化组合克服了传统电磁铁产生的边缘效应，可以产生径向均匀的磁场，具有更高的抛光效率，同时通过优化组合磁场远远大于单一磁铁产生的磁场，可以大大减小电磁线圈的发热。

技术领域

本发明涉及工件表面抛光领域，尤其涉及一种磁场增强型磁流变液抛光装置。

背景技术

磁流变液(MRF)是一种由磁性粒子(羰基铁粉)和矿物油、水等非磁性液体组成的混合液，其流变性能随外加磁场而发生变化。在磁场作用下，液体中的磁性粒子磁化形成链状结构，磁流变液的粘度与刚度增大，这种现象称为磁流变效应，它能够可逆地在固态和液态之间发生转化，由于这种转化，磁流变液的粘度和刚度随外加磁场强度的增强而增大。

用磁流变液体作为抛光介质，在磁流变液中加入合适的抛光磨粒，即可制备成磁流变液抛光液(MRF抛光液)，当外加磁场时，磁流变液由于其流变特性，粘度与刚度增加，抛光磨粒嵌入在磁流变液中，当MRF抛光液与加工零件发生相对剪切运动时，嵌入在磁流变中的抛光磨粒会划过工件表面，对工件起到抛光作用，由于其磁流变液的刚度与粘度随外磁场可控，因此抛光时的抛光力度也随外磁场可控。由于磁流变液抛光对工件损伤小，抛光力度可控，抛光精度高等优点，因而常被应用于超精密抛光技术领域。

磁流变液中的磁场发生装置，传统采用圆柱形磁体，然而圆柱形磁体由于其结构缺陷，具有很强的边缘效应，即磁体中心处产生的磁场远远小于边缘处产生的磁场，导致抛光时圆周径向磁场不均匀，即抛光力度不均匀；其次，单纯磁体产生的磁场较弱，当抛光力度需要增加时，需要更大的励磁电流产生磁场，导致电磁线圈发热于功耗的增加。其中边缘效应为磁体结构引起的，不管什么结构磁体，其边缘处磁场均强于中心处磁场，不可避免。

发明内容

本发明目的在于解决传统电磁铁结构产生的磁场径向不均匀问题以及在需要强磁场时需要更大的励磁电流导致的电磁线圈发热的问题。

当需要抛光工件时，根据不同的零件规格选择合适的加工机床19，设定抛光间隙与抛光压力(其中抛光压力可由控制器18控制PWM直流电源17的输出电压控制一号电磁铁芯6与二号电磁铁芯14产生的磁场，进而控制磁流变抛光液12的流变效应程度实现)，将旋转轴1与加工机床19加工主轴相连，将加工工件10放入容器9中，并用工件夹具11夹紧加工工件10，将容器9固定在加工机床19的加工平面上，向容器9中加入磁流变抛光液12，控制加工机床19主轴使得新型抛光头靠近加工工件10，保持适当的加工间隙，加工间隙中存有磁流变抛光液12。控制器18向PWM直流电源17发出控制信号对一号电磁线圈5与二号电磁线圈15供电，此时一号电磁铁芯6与二号电磁铁芯14相当于电磁铁，由于一号电磁线圈5与二号电磁线圈15方向缠绕，一号电磁铁芯6与二号电磁铁芯14底部磁极相反，分别为S极与N极。由于磁场本身特性，磁感线会沿着磁损耗最小路径构成回路，即由二号电磁铁芯14底部N极出发到达一号电磁铁芯6底部S极，在N-S极交界处形成较强的磁场，加工间隙中的磁流变抛光液12在强磁场作用下形成固态的状态，形成抛光刃13，控制器18控制加工机床19主轴旋转带动新型抛光头旋转，抛光刃13中的磨粒与加工工件10发生相对运动起到抛光作用。在加工时，加工机床19带动新型抛光头对加工工件10进行抛光，一号压力传感器4与二号压力传感器16对加工压力进行检测，并将压力信号传递给控制器18，控制器18对两个压力信号取均值作为抛光压力，由于加工压力与磁流变抛光液12的流变效应程度成正相关，磁流变抛光液12的流变效应与加磁场大小成正相关，当抛光压力大于其预设值时，由控制器18减小PWM直流电源17的输出电压以减小一号电磁铁芯6与二号电磁铁芯14产生的磁场，进而减弱磁流变抛光液12的流变效应，减小加工压力；当抛光压力小于其预设值时，控制器18增大PWM直流电源17的输出电压以增大一号电磁铁芯6与二号电磁铁芯14产生的磁场，保持加工压力的恒定，优化加工工件10表面的加工质量。控制器18控制新型抛光头移动可对加工工件10表面进行整体抛光。加工完成后，控制器18控制PWM直流电源17停止输出电压并控制加工机床19主轴停止旋转，一号电磁线圈5与二号电磁线圈15失电，一号电磁铁芯6与二号电磁铁芯14产生的磁场消失，磁流变抛光液12恢复为液态状态，从而取出加工后的工件。