近年来,随着现代光学、微电子、固态电子学等相关学科的发展,光学系统中光学零件的表面质量和精度要求越来越严格,光学零件的超光滑表面抛光技术成为光学加工的重要领域之一。其中,磁流变抛光设备以较低的亚表层损伤和高抛光精度的优势,引起了科研界的极大关注,成为竞争研究的热点。
磁流变抛光设备利用磁流变液在磁场中的流变性来抛光光学零件。它与传统抛光方法的区别在于,可以将传统的游离磨料抛光在磁场作用下形成 Bingham 流体,可以实现柔性抛光。
磁流变抛光设备通过强磁场的作用改变磁流变液的粘度,从而提高剪切屈服强度、流变性能等物理性能,完成零件表面的高精度、高效无损加工。流体力学、电磁学、流变学、化学等学科理论的耦合是传统机械加工的延伸,对现代制造技术的发展具有重要意义。随着精密和超精密加工技术的发展,目前磁流变抛光设备方面的技术还存在一些问题,也有许多新的发展趋势:
1)基础理论需要不断完善。理论可以指导实践。目前,磁流变材料去除的数学模型非常完整,但仍存在一些缺陷。数学模型的研究仅限于理论模型和拟合曲面,难以应用于实际加工。在建模过程中,采用了刚体润滑理论,是一种理想状态。磁流变液具有流变特性。在求解力的过程中,只考虑压力、的动水压力是不够完整的。虽然建立的模型与实验结果相差不大,但不够准确。实时测量技术已经应用于很多行业和各个加工过程,可将该技术应用于抛光过程的在线测量,优化模型,实现准确控制抛光过程。
2)磁流变液的制备还需要不断探索。大量文献中均提及磁流变液会出现沉降现象,会降低抛光效率及剪切应力,使得磁流变液失效,甚至会出现无效的抛光。配制磁流变液时可以选取适当的化学试剂改变羟基铁粉的表面活性,或者添加磁流变抛光液实时搅拌设备,减少磁流变液的沉降。
3)加工材料单一。目前磁流变抛光设备多用来加工光学零件,对于合金材料、陶瓷材料以及硬脆性材料的研究较少,而合金、陶瓷以及硬脆性材料也将会被广泛应用。探索磁流变加工不同材料的抛光工艺也会成为热门方向。