磁流變拋光(Magnetorheological Polishing,MRP)是制造高精度光學(xué)儀器的重要工具,適用于各種表面類型的工件。MRP不僅具有去除函數(shù)穩(wěn)定、修形精度高、拋光頭不磨損、材料去除效率高等優(yōu)點(diǎn),而且還不會引入亞表面損傷。本文結(jié)合實(shí)際工程需求,對MRP工藝參數(shù)開展了相關(guān)的研究工作。主要包括以下幾個方面內(nèi)容:首先對MRP進(jìn)行了拋光去除理論分析。根據(jù)MRP去除理論分析工件加工時的受力與去除過程,建立材料去除模型。運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對拋光磨粒的浸入深度、球徑大小和速度大小等工藝參數(shù)進(jìn)行仿真分析,得到了材料表面的去除量、拋光磨粒受力以及支撐平面的受力情況。仿真結(jié)果表明:隨著磨粒浸入深度的減小,對材料表面凸起的去除量也減小,磨粒的受力幾乎不變,而凸起所在平面的支撐受力增大;隨著磨粒球徑和速度的增大,對材料表面凸起的去除量、磨粒的受力和支撐受力都增大。在理論計算和仿真分析的基礎(chǔ)上對勵磁裝置的梯度磁場進(jìn)行了研究。基于靜磁場理論對勵磁裝置產(chǎn)生的梯度磁場進(jìn)行了計算,運(yùn)用ANSYS Workbench有限元分析工具對磁場進(jìn)行仿真分析。探討永磁勵磁方式下的磁場分布規(guī)律,以及該分布規(guī)律對柔性拋光模的影響;研究磁極頭的厚度、氣隙寬度和磁軛寬度在不同尺寸下對磁流變液的磁通密度和拋光模的影響規(guī)律,并對其尺寸進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的勵磁裝置上方產(chǎn)生的磁通密度增強(qiáng),磁場寬度增加,形成的磁流變拋光模變寬,拋光面積增大。搭建了 MRP實(shí)驗(yàn)臺,并對其拋光性能進(jìn)行了測試和分析。根據(jù)正置式MRP裝置搭建了整個MRP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),分別測試了不同拋光輪轉(zhuǎn)速、浸入深度和磁場強(qiáng)度下對K9玻璃的拋光效果,利用超景深三維顯微鏡對拋光后的工件進(jìn)行微觀觀察,并用三坐標(biāo)測量儀對其去除深度進(jìn)行測量,計算其去除量。結(jié)果表明,材料的去除量隨著浸入深度、拋光輪轉(zhuǎn)速和磁場強(qiáng)度的增大而增大,測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。
【學(xué)位單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

－｜?ＭＲｆｔＭｅｓｏｄ＾Ｔ｝?＾??圖１－１?ＭＲＰ基本原理??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＭＲＰ??１．２．２磁流變拋光技術(shù)的研究現(xiàn)狀??第一臺ＭＲＰ樣機(jī)是由Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ［１３］于１９９２年在明斯克設(shè)計出來的，樣機(jī)如??圖１－２所示，與現(xiàn)在的磁流變設(shè)備有一定的區(qū)別，那臺樣機(jī)采用環(huán)形槽存儲磁??流變拋光液，在進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)操作時，磁流變液隨著環(huán)形槽的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，當(dāng)??轉(zhuǎn)入拋光區(qū)域時，磁流變拋光液就會變硬，達(dá)到拋光的效果。??Ｔｍ?＾?￣??７?Ｅｔｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ??＇?Ｉ?＇ｉｆ?＾??Ｉｋ?ＬＩ?ＩＩ??ｍｒ?１?＾??圖１－２?１９９２年制造的第一臺ＭＲＰ設(shè)備??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ＭＲＰ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ?ｉｎ?１９９２??正置式輪式ＭＲＰ設(shè)備在美國羅切斯特大學(xué)光學(xué)中心［１４］于１９９５研制成功，??其原理樣機(jī)如圖１－３所示。這種輪式結(jié)構(gòu)最初由Ｗ．Ｉ．Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ提出的，正置式??ＭＲＰ設(shè)備的工件位于拋光輪的上方。這種輪式ＭＲＰ設(shè)備的出現(xiàn)給非球面光學(xué)??修型和拋光帶來了福音，通過ＣＣＯＳ?（計算機(jī)控制表面成型技術(shù)）基本思想，??現(xiàn)代ＭＲＰ技術(shù)得到人們的普遍認(rèn)可與推廣。??３??

１．２．２磁流變拋光技術(shù)的研究現(xiàn)狀??第一臺ＭＲＰ樣機(jī)是由Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ［１３］于１９９２年在明斯克設(shè)計出來的，樣機(jī)如??圖１－２所示，與現(xiàn)在的磁流變設(shè)備有一定的區(qū)別，那臺樣機(jī)采用環(huán)形槽存儲磁??流變拋光液，在進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)操作時，磁流變液隨著環(huán)形槽的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，當(dāng)??轉(zhuǎn)入拋光區(qū)域時，磁流變拋光液就會變硬，達(dá)到拋光的效果。??Ｔｍ?＾?￣??７?Ｅｔｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ??＇?Ｉ?＇ｉｆ?＾??Ｉｋ?ＬＩ?ＩＩ??ｍｒ?１?＾??圖１－２?１９９２年制造的第一臺ＭＲＰ設(shè)備??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ＭＲＰ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ?ｉｎ?１９９２??正置式輪式ＭＲＰ設(shè)備在美國羅切斯特大學(xué)光學(xué)中心［１４］于１９９５研制成功，??其原理樣機(jī)如圖１－３所示。這種輪式結(jié)構(gòu)最初由Ｗ．Ｉ．Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ提出的，正置式??ＭＲＰ設(shè)備的工件位于拋光輪的上方。這種輪式ＭＲＰ設(shè)備的出現(xiàn)給非球面光學(xué)??修型和拋光帶來了福音，通過ＣＣＯＳ?（計算機(jī)控制表面成型技術(shù)）基本思想，??現(xiàn)代ＭＲＰ技術(shù)得到人們的普遍認(rèn)可與推廣。??３??

ＭＲ?ｆｌｕｉｄ?Ｃ〇Ｎ〇ｔｎｏ？ｅＲ?Ｉ?Ｊ??圖１－３?ＣＯＭ研制的正置式輪式ＭＲＰ原理樣機(jī)??Ｆｉｇ．?１－３?ＣＯＭ?ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ?ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ｏｆ?ｕｐｒｉｇｈｔ?ｗｈｅｅｌ－ｔｙｐｅ?ＭＲＰ??（ｉ）磁流變拋光加工工藝方面??ＱＥＤ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ公司開發(fā)了商用?ＭＲＰ機(jī)床Ｑ２２－７５０Ｐ２１１５１，如圖?１－４所示，??該機(jī)床是一種倒置式載液輪拋光機(jī)，能夠使加工后的工件面形精度／＾＜／１／２０，??表面粗糙度Ｒａ?＜ｌｎｍ，適用于加工面形精度非常高的工件。??３７０ｍｍ＇ｖｈｅｅｌ?５０ｍｍｗｈｅｅｌ??圖１－４?Ｑ２２－７５０Ｐ２磁流變拋光機(jī)床??Ｆｉｇ．?１－４?Ｑ２２－７５０Ｐ２?ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ?ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ??印度新德里理工大學(xué)Ａｌａｍ等［１６］對球頭ＭＲＰ建立了作用于磨料上的磁致法??向力理論模型，計算法向力時，考慮到工件的磁化作用，可以增大工件與拋光??磨頭間隙間的磁通密度。??Ｋａｎｓａｌ等［１７］使用兩個圓柱形永磁體以及磁流變拋光液來加工抗磁銅合金工??件。通過Ｍａｘｗｅｌｌ?Ａｎｓｏｆｔ軟件對永久磁鐵的工作間隙中的磁通密度分布進(jìn)行仿??真分析，并在銅合金工件上實(shí)驗(yàn)得出經(jīng)過７．５ｍｉｎ的拋光后，工件的表面粗糙度??Ｒａ從２７３．６ｎｍ達(dá)到最小值２８．８ｎｍ，如圖１－５所示為拋光后在電子顯微鏡下的微??觀圖。有限元分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明
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