[发明专利]一种抛光装置及其抛光方法

说明书

本发明公开一种抛光装置及其抛光方法，包括径向充磁的磁铁以及无磁性的载液板，所述载液板的一面靠近所述磁铁的轴向端面，所述载液板的另一面在所述磁铁的磁场作用下吸附有磁响应抛光垫，所述磁铁和所述载液板均能够转动，所述磁响应抛光垫包括吸附在所述载液板上的磁性颗粒以及由外部供给的磨粒；本发明在径向充磁的磁铁的一端设置载液板，利用磁铁的旋转磁场吸附磁响应抛光垫，从而利用旋转磁场形成一个可恢复形状的磁响应抛光垫，同时，可以由外部向磁响应抛光垫补充磨粒，在载液板转动的基础上，能够形成不间断的可恢复形状的抛光过程，能够有效贴合复杂的曲面实现高效抛光。

技术领域

本发明涉及精密加工技术领域，特别是涉及一种抛光装置及其抛光方法。

背景技术

复杂曲面元件的面型，如大型航空壳体、航天探测光学曲面镜、整体式叶轮等，能够有效提升装备的工作性能，降低行业成本，是高端制造领域的关键零部件。如今复杂曲面元件的形状及结构呈现复杂化，加工精度逐渐趋于表面质量与形状并重的超精密加工。

钛合金因具有低密度、高机械强度、高耐腐蚀性、高生物相容性等特性，是航天领域重要复杂曲面元件的常用材料，主要用于航天飞机关键零部件和发动机叶轮的制造。钛合金复杂曲面元件通常使用磨削来实现预加工，但是钛合金材质导热性能较差，在磨削加工后，工件表面易出现加工冷硬化现象，并产生诸如微裂纹、褶皱、毛刺等表面缺陷，因此为了获得满意的表面质量和形状精度，必须将磨削后的钛合金复杂曲面元件进行后续抛光处理。抛光工艺的效率在很大程度上决定了钛合金复杂曲面产品的市场竞争力和经济效益。因此，实现钛合金复杂曲面高效抛光是钛合金复杂曲面制造领域内的热点问题之一。

现有钛合金复杂曲面的抛光加工，包括传统手工机械式抛光，磨粒流抛光，磨料水射流抛光，磁流变抛光，化学机械抛光，电化学抛光等等。传统的机械式抛光加工方法不能精确控制工件的抛光力，材料去除量不可控，并且在工件表面产生表面及亚表面损伤，难以获得理想的加工精度，抛光效率极低。磨粒流抛光，磨料水射流抛光，磁流变抛光技术虽具备超精密加工能力，但均采用磨粒直接作用与材料表面，通过机械作用实现材料去除，加工效率普遍较低，难以实现高效抛光。而对于钛合金材料而言，由于各种金属的化学性质不同，无疑增加了化学抛光液配方的开发难度；另外，其采用的强腐蚀性抛光液还会造成严重的环境污染，复杂的抛光液后处理工艺将会造成过高的生产成本；加工后的产品清洁度还需要严格把控，特别是在加工可植入人体钛合金骨骼等医疗产品时，一旦在工件表面残留未完全去除的已知甚至未知化学反应物，将会对人体造成致命伤害。虽然电化学抛光的材料去除效率高，加工后表面无应力层，可以快速去除毛刺、微小划痕等表面缺陷，但是对工件的形状精度改善程度有限，特别是存在严重的直角边倒圆角现象，并且工件的初始精度对最终的表面质量和形状精度影响较大。由此可见，电化学抛光仍然不是一种合适的钛合金复杂曲面高效抛光方法。

申请公布号为CN 103252686A的中国专利公开了一种钛合金人工膝关节磁流变抛光加工装置，该方案六自由度并联机床与电磁铁连接，通过调节电磁铁端面和磁流液通道表面的间隙来控制通过磁流液的磁场强度的大小，以此来控制磁流液中磨粒对钛合金表面切削力的大小，但是，该方案只能是根据磁场强度大小改变切削力大小，磨粒与被加工表面的贴合度不能有效控制，不能很好的适应于复杂曲面的抛光。

磁力研磨是一种基于磁流变柔性加工思维的磁场辅助加工技术，只需将磁性磨料置于磁场中即可形成具有良好柔性和自适应性的柔性磁力磨料刷，磨粒通过相对运动对工件表面形成划擦作用，优先去除微观凸起部分，从而实现平面、复杂曲面的高表面质量和形状精度加工。当磁力研磨复合电化学抛光后，磨粒不断刮除工件表面的钝化物来活化工件材料。磁场又可以改变电解液中带电离子的运动轨迹，实现工件微观凸起的优先电解作用，与磨粒共同加速微观凸起部分材料的去除。然而，这类复合加工方法虽然较上述抛光方法而言，在加工效率上有了较大提升，但是仍然存在不足之处，影响了加工效率，诸如：磁刷在高速旋转以及长期使用的情况下将发生不可恢复变形，与曲面贴合度发生变化；研磨相无法及时更新，长时间工作后易磨损甚至脱落。