Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR MAGNETORHEOLOGICAL FINISHING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/032659
Kind Code:
A1
Abstract:
A method and device for magnetorheological finishing, the method comprising: winding coils on iron cores (1-1, 1-2); designing magnetorheological finishing fluid containers (2-1, 2-2, 2) of different shapes according to different shapes and sizes of workpieces to be finished (4-1, 4-2, 4, 7), or placing magnetorheological finishing fluids (5-1, 5-2, 3, 6) on finishing sides of the workpieces (4-1, 4-2, 4, 7); and flexibly assembling the iron cores (1-1, 1-2) wound with coils on outer sides of the magnetorheological finishing fluid containers (2-1, 2-2, 2), or integrating the iron cores (1-1, 1-2) wound with coils into a finishing mechanism and placing same on the finishing sides of the workpieces (4-1, 4-2, 4, 7) so as to generate magnetic fields having different strengths by means of magnetic field strength adjustment measures; and forming, by the abrasive-containing magnetorheological finishing fluids (5-1, 5-2, 3, 6) under the action of magnetic fields having different strengths, a flexible adaptive solid-like material having adjustable magnetic saturation flux density and shear yield strength to act on inner or outer surfaces of the workpieces (4-1, 4-2, 4, 7), thus achieving the purpose uniform-strength finishing and grinding on the workpieces (4-1, 4-2, 4, 7)whose surfaces have different distances from a magnetorheological finishing solid-like material due to different surface topographies of the workpieces (4-1, 4-2, 4, 7).

Inventors:
GAO, Weixin (No.166, Yingchun Road Xuyi Count, huai'an Jiangsu 0, 211700, CN)
YU, Zhigang (No.166, Yingchun Road Xuyi Count, huai'an Jiangsu 0, 211700, CN)
HAN, Kui (No.166, Yingchun Road Xuyi Count, huai'an Jiangsu 0, 211700, CN)
Application Number:
CN2016/108668
Publication Date:
February 22, 2018
Filing Date:
December 06, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
JIANGSU TIANYI ULTRA-FINE METAL POWDER CO., LTD. (No.166, Yingchun Road Xuyi Count, huai'an Jiangsu 0, 211700, CN)
International Classes:
B24B1/00
Foreign References:
CN204075883U2015-01-07
CN204935273U2016-01-06
JP2015040294A2015-03-02
Download PDF:
Claims:
权利要求

1、 一种磁流变抛光的方法及设备。 包括将线圈绕制在铁芯上; 根 据抛光工件的形状及大小不同, 设计不同形状的磁流变抛光液盛装容器, 或将磁流变抛光液置于工件的抛光侧; 将绕有线圈的铁芯灵活组装在磁 流变抛光液盛装容器外侧, 或集成为抛光机构置于工件抛光侧, 配以调 节磁场强度的措施, 使之产生不同强度的磁场; 含有磨料的磁流变抛光 液, 在不同强度的磁场作用下, 形成磁饱和感应强度及剪切屈服强度可 调的柔性自适应类固体, 作用于工件表面, 起到因工件表面形貌不同, 导致工件表面与磁流变抛光类固体距离不同, 而进行相同强度抛光研磨 的目的。

2、 根据权利要求 1所述的铁芯包括工字型铁芯、 条或棒状铁芯、 块状铁芯, 其截面可以是圆形及任意多边形; 为使铁芯有足够高的导磁 率, 低的矫顽力 (剩磁), 铁芯选用纯铁加工制造。

3、 根据权利要求 1所述的调节磁场强度的措施, 包括在同一个铁 芯上绕制多个线圈绕组调节磁场强度, 用电位器调节线圈电流大小控制 磁场强度, 电脑控制磁场强度等, 及其两个或三个方案并用。

4、 根据权利要求 3所述在同一个铁芯上绕制多个线圈绕组调节磁 场强度。 是指在同一个铁芯上绕制线圈时, 将铁芯所要缠绕的绝缘铜线 分为两根或两根以上绕制, 以便利用通电线圈匝数的多少来控制感应铁 芯产生的磁场强度, 调节在磁场作用下的磁流变抛光液变为类固体时的 磁饱和感应强度及剪切屈服强度, 达到根据工件的表面形貌施加抛光强 度的目的。

5、根据权利要求 3所述用电位器调节线圈电流大小控制磁场强度。 是指通过电位器调节线圈电流, 控制线圈感应铁芯产生的磁场强度, 调 节在磁场作用下的磁流变抛光液变为类固体时的磁饱和感应强度及剪 切屈服强度, 达到根据工件的表面形貌施加抛光强度的目的。

6、 根据权利要求 3所述用电脑控制磁场强度。 是指通过编程, 利 用扫描传感器或 3D扫描仪采集工件表面数据, 将扫描传感器或 3D扫描 仪采集的表面数据与工件表面抛光要求输入电脑, 由电脑控制磁场强度, 调节在磁场作用下的磁流变抛光液变为柔性自适应类固体时的磁饱和 感应强度及剪切屈服强度, 达到根据工件的表面形貌施加抛光强度的目 的。

7、 根据权利要求 3所述的上述控制磁场强度的方案, 可以单独使 用, 也可以两个或三个并用。

8、 根据权利要求 1所述不同的磁流变抛光液盛装容器、 集成磁极 的曲面板, 由非铁磁性材料制成。 包括不锈钢 (合金)材料、 陶瓷材料及 高聚物, 以及它们的复合材料; 其形状可以是球形、 半球形、 圆桶形、 圆台形、 透镜形、 矩形、 槽形及井式、 隧道式等, 乃至于工件本身或磁 流变抛光机构的某个面。所述材料选用与形状选择都依工件的要求而定。

9、 根据权利要求 1所述将绕有线圈的铁芯灵活组装在磁流变抛光 液盛装容器外侧, 或集成为抛光机构置于工件抛光侧, 产生不同强度的 磁场, 进而控制磁流变抛光液变成的类固体具有不同的磁饱和感应强度、 剪切屈服强度。是指铁芯的磁极镶于任何形式的磁流变抛光液盛装容器 外部,或将其集成在与工件抛光面吻合的非铁磁性板上,而铁芯的长度、 磁极端面尺寸可以根据磁流变抛光液盛装容器或工件抛光面的的尺寸、 形状进行变化。

10、 根据权利要求 1所述镶有铁芯磁极的磁流变抛光液盛装容器, 相对于工件, 可以是固定的, 也可以是运动的。

11、 根据权利要求 1所述的磁流变抛光液, 是含有载液 (包括水基、 油基)、 铁磁性颗粒、 磨料及其助剂的混合液体。 其在通电的线圈绕组 感应铁芯所发出磁场的作用下, 铁磁性颗粒因被磁极化而排列, 便磁流 变抛光液变成类固体的柔性抛光体, 作用于工件表面起到抛光作用。 所 述磁流变抛光液中的铁磁性颗粒与磨料在载液中可以是混合态的, 也可 以是复合态的。

12、 根据权利要求 1所述对工件的抛光, 工件在磁流变抛光液中只 需要做直线或圆周运动, 在磁场作用下的磁流变抛光液类固体, 根据工 件的表面形貌或在电脑控制下, 不断变化类固体的高 (长)度、 饱和磁感 应强度及剪切屈服强度, 形成柔性自适应类固体与工件之间的多维互动, 达到智能抛光的目的。

13、 根据权利要求 1所述对工件的抛光, 也可以将工件固定, 通过 磁场位置变换, 带动磁流变柔性自适应抛光类固体在工件表面运动, 实 现对工件的抛光。

14、 权利要求 1所述的抛光方法, 可以是工件, 镶有铁芯磁极的磁 流变抛光液盛装容器或吸有磁流变抛光类固体的磁流变抛光机构的各 自单独运动, 也可以是同时作相向运动。

15、 根据权利要求 1所述对工件的抛光方法, 适用于对各类材质、 各种曲面的工件及其内外表面进行的抛光。

Description:
一种磁流变抛光的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种对工件表面进行选择性、 多面及多维抛光的方法及 设备。具体地说, 本发明涉及一种通过控制磁场的有 \无、强\弱、部位, 对应地调节磁流变抛光液的固\液变化、 磁饱和感应强度和剪切屈服强 度的大 \小变化、 以及磁流变抛光液在磁场作用下形成的柔性自 适应类 固体, 对不同形貌的工件表面进行相同强度抛光的方 法及设备。 属于抛 光技术领域。 背景技术

磁流变液是由铁磁性颗粒、 载液及助剂组成的。 其在磁场作用下, 铁磁性颗粒被磁极化而排列, 使磁流变液在瞬间成为类固体, 当磁场拆 除时, 又在瞬间转变为液体, 且这种变化是快速、 可逆、 连续的。 由于 磁流变液的这种性质, 使其可以被运用于智能控制领域, 因而越来越被 研究者们注意, 磁流变液的应用也得到了相当的研究开发。 为达到控制 和快速响应, 磁流变液所使用的磁场是由感应线圈通电时感 应铁芯 (铁 磁性材料制成)所产生的磁场, 可以通过接通或断开电流快速控制磁流 变液的固\液变化。

发明人在 ZL200710022816. 4磨料颗粒均匀分布 /有序排列\择优取 向的方法和装置 (美国专利 US8262758 B2; 欧洲专利 1995020; 韩国专 利 10-1599865 ) 中公开了 "一种利用接通 /断开电流使装置有 /无磁场, 实现对经过镀覆软磁材料的磨料颗粒进行吸 /放……的方法和装置", 发 明了利用电流的接通断开来控制磁场的有无, 进而达到操纵目标物的目 的。

发明人在 ZL20062009. 3、 ZL200620097771. 8中对励磁线圈磁场的 产生作用进行了说明。

磁流变抛光液则是在磁流变液中添加磨料而制 取的。

专利 CN104999344 A、 CN105014484 A公开了两种(实质为一种)磁 流变抛光设备的磁场发生装置, 其磁场发生装置的技术思路与 ZL200710022816. 4是相同的, 只是将 ZL200710022816. 4的技术原理移 植到抛光领域应用而己; 专利 CN105458839 A公开了一种磁流变抛光方 法及装置, 其对于工件的抛光, 仍然是依靠 "在具有磁场的磁流变抛光 液中, 使工件做多个自由度的运动", 来达到对工件的抛光目的。 也就 是说, 在磁场作用下的磁流变抛光液是不运动的, 其抛光是依靠工件的 运动实现的, 没有使磁流变液这种智能材料发挥其流变作用 ; 靠工件做 多个自由度的运动, 对工件的抛光可控性差; 同时, 使工件做多个自由 度运动的机构相对复杂, 且多维运动速度一般都较慢, 增加了设备制造 成本, 抛光效率不高。 该组发明仅理解和应用了磁场有 \无影响磁流变 抛光液固\液变化的一个方面, 没有真正理解和运用磁流变抛光液作为 智能材料的实际价值, 从而限制了对这项技术的应用。

专利 CN103612162 A公开了一种磁流变液曲面抛光系统, 该发明是 磁流变抛光技术较好的应用, 但必须针对不同的工件, 制造不同的抛光 系统, 尤其是抛光轴的曲面, 必须与所抛工件对应, 限制了其通用性。

专利 CN103921176 A公开了适用于超大口径光学加工的磁流变抛 装置。 该发明与所有在先文件一样, 都是囫于用磁流变技术对传统抛光 工艺的改进形成的。 正如该发明在背景技术中所总结的: "目前广泛使 用的磁流变抛光装置, 主要由主动轮机械系统和磁流变液循环系统组 成。 ……工作机理为利用磁流变液在磁场中的流变 性对工件进行抛光, 磁流变液由抛光轮带入抛光区域, 在抛光区域高强度的梯度磁场中, 磁 流变液变硬, 成为具有粘塑性的 Bingham介质, 并形成缎带突起, 当这 种介质流经工作与运动盘之间的狭缝时, 对工件表面与之接触的区域产 生较大的剪切力, 实现工件材料去除。"

发明人认为, 磁流变抛光液对工件的工作原理不应仅仅是 "磁流变 液由抛光轮带入抛光区域, ……当这种介质流经工件与运动盘之间的狭 缝时, 对工件表面与之接触的区域产生较大的剪切力 , 实现工件材料去 除。"发明人研究证实, 磁流变抛光液对工件的抛光作用是由磁流变抛 光液响应磁场而变成的类固体所具有的磁饱和 感应强度和剪切屈服强 度, 以及磁流变类固体与工件之间的接触强度、 相对运动速度决定的。 在磁流变抛光过程中,也不需要"磁流变液由 光轮带入抛光区域,…… 当这种介质流经工件与运动盘之间的狭缝时, 对工件表面与之接触的区 域产生较大的剪切力, 实现工件材料去除。" 发明内容

本发明的磁场发生装置, 不采用在空芯的环形管及为拼装成圆形磁 场所采用三角状管外绕线,外加磁极的形式。 而是将线圈绕制在铁芯上, 形成固有磁极; 根据抛光工件的形状及大小不同, 设计不同的磁流变抛 光液盛装容器; 将绕有线圈的铁芯灵活组装在磁流变抛光液盛 装容器外, 或集成在非铁磁性材料制作的与工件抛光面吻 合的板上, 配以调节磁场 强度的措施, 使之产生不同强度的磁场; 含有磨料的磁流变抛光液, 在 不同强度的磁场作用下, 形成磁饱和感应强度及剪切屈服强度可调的柔 性自适应类固体, 作用于工件表面, 起到因工件表面形貌不同, 导致工 件表面与磁流变抛光类固体距离不同, 而进行相同强度抛光研磨的目的。 本发明所述的铁芯包括工字型铁芯、 条或棒状铁芯、 块状铁芯, 其 截面可以是圆形及任意多边形; 为使铁芯有足够高的导磁率, 低的矫顽 力 (剩磁), 铁芯选用纯铁加工制造。

本发明所述的调节磁场强度的措施, 包括在同一个铁芯上绕制多个 线圈绕组调节磁场强度, 用电位器调节线圈电流大小控制磁场强度, 电 脑控制磁场强度等, 及其两个或三个方案的综合运用。

所述在同一个铁芯上绕制多个线圈绕组调节磁 场强度。是指在同一 个铁芯上绕制线圈时, 将铁芯所要缠绕的绝缘铜线分为两根或两根以 上 绕制, 以便利用通电线圈的多少来调节感应铁芯产生 的磁场强度, 进而 调节在磁场作用下的磁流变抛光液变为类固体 时的磁饱和感应强度及 剪切屈服强度, 达到根据工件的表面形貌施加抛光强度的目的 。

所述用电位器调节线圈电流大小控制磁场强度 。是指通过电位器调 节线圈电流, 控制线圈感应铁芯产生的磁场强度, 调节在磁场作用下的 磁流变抛光液变为类固体时的磁饱和感应强度 及剪切屈服强度, 达到根 据工件的表面形貌施加抛光强度的目的。

所述用电脑控制磁场强度。 是指通过编程, 利用扫描传感器或 3D 扫描仪采集工件表面数据, 将扫描传感器或 3D扫描仪采集的表面数据 与工件表面抛光要求输入电脑, 由电脑控制磁场强度, 调节在磁场作用 下的磁流变抛光液变为柔性自适应类固体时的 磁饱和感应强度及剪切 屈服强度, 达到根据工件的表面形貌施加抛光强度的目的 。

上述控制磁场强度的方案,可以单独使用,也 可以两个或三个并用。 本发明所述不同的磁流变抛光液盛装容器及集 成铁芯的曲面板。 由 非铁磁性材料制成, 包括不锈钢 (合金)材料、 陶瓷材料及高聚物, 以及 它们的复合材料; 其形状可以是球形、 半球形、 圆桶形、 圆台形、 透镜 形、 矩形、 槽形及井式、 隧道式等, 乃至于工件本身或磁流变抛光机构 的某个面。 所述材料选用与形状选择都依工件的要求而定 。

本发明所述将绕有线圈的铁芯灵活组装在磁流 变抛光液盛装容器 外侧, 或集成为抛光机构置于工件抛光侧, 产生不同强度的磁场, 控制 磁流变抛光液变成的类固体具有不同的磁饱和 感应强度、剪切屈服强度。 是指铁芯的磁极镶于任何形式的磁流变抛光液 盛装容器外部, 或将其集 成在与工件抛光面吻合的非铁磁性板上, 而铁芯的长度、 磁极端面尺寸 可以根据磁流变抛光液盛装容器或工件的抛光 面的尺寸、形状进行变化。 本发明所述镶有铁芯磁极的磁流变抛光液盛装 容器, 相对于工件, 可以是固定的, 也可以是运动的。

本发明所述的磁流变抛光液, 是含有载液 (包括水基、 油基)、 铁磁 性颗粒、 磨料及其助剂的混合液体。 其在通电的线圈绕组感应铁芯所发 出磁场的作用下, 铁磁性颗粒因被磁极化而排列, 使磁流变抛光液变成 柔性自适应的抛光类固体, 作用于工件表面起到抛光作用。

本发明所述对工件的抛光, 工件在磁流变抛光液中只需要做直线或 圆周运动, 在磁场作用下的磁流变抛光液形成柔性自适应 类固体, 根据 工件的表面形貌 (各类曲面)或在电脑控制下, 不断变化类固体的高 (长) 度、 饱和磁感应强度及剪切屈服强度, 形成与工件之间的多维互动, 达 到智能抛光的目的。

本发明所述对工件的抛光,也可以将工件固定 ,通过磁场位置变换, 带动磁流变柔性自适应抛光类固体在工件表面 运动, 实现对工件的抛光。

所述的抛光方法, 可以是工件, 镶有铁芯磁极的磁流变抛光液盛装 容器、 或吸有磁流变抛光液类固体的磁流变抛光机构 的各自单独运动, 也可以是同时作相向运动。

本发明所述的抛光方法, 适用于对各类材质、 各种曲面工件及其内 外表面进行的抛光。

本发明的优点: 本发明充分运用了磁流变抛光液在可控制调节 的磁 场作用下, 形成柔性自适应类固体这一智能材料的功能; 适用于各类材 质、 各种曲面工件及其内外表面的抛光; 抛光设备不需要配置使工件作 多个自由度运动的机构, 降低了设备制造成本, 提高了抛光的精准度及 智能化水平。 附图说明

附图仅是对本发明的说明, 不是对本发明权利要求的限制; 所述及 的磁流变抛光设备的磁场强度都是通过所述 1个或 2个或 3个控制方案 控制和调节的。

图 1是一组由多个绕有线圈的铁芯磁极与多个竖 型及一个井型磁 流变抛光液盛装容器组合, 用于矩形四周带有圆弧曲面工件的磁流变抛 光设备示意图。

1-1是周向装配的绕有线圈的铁芯;

1- 2是径向装配的绕有线圈的铁芯;

2- 1是竖槽型磁流变抛光液盛装容器; 2- 2是井型磁流变抛光液盛装容器;

3- 1是竖槽型磁流变抛光液盛装容器中控制工件 行的导轨及夹持 工件的组合;

3- 2是井型磁流变抛光液盛容器中控制工件运行 导轨及夹持工件 的组合;

4- 1是在竖槽型磁流变抛光液容器中作上下垂直 动的工件;

4- 2是在井型磁流变抛光液容器中作上下垂直运 的工件。

5- 1是装在竖槽型盛装容器中磁流变抛光液;

5-2是装在井型盛装容器中磁流变抛光液;

图 1所示磁流变抛光设备的工作方式:

图 1所示周向排列的竖槽型磁流变抛光液盛装容 2-1, 适用于矩 形四周带有圆弧曲面(翻边较高)工件 4-1的抛光。 工件抛光面贴于磁 极构成的槽型磁场, 磁流变抛光液 5-1在槽型磁场 1-1的作用下, 形成 槽型柔性自适应的类固体, 工件在夹持及运动机构 3-1的带动下, 在槽 型磁流变抛光类固体中作上下垂直运动, 抛光面作用于磁流变抛光类固 体, 工件底部及四个圆弧曲面被抛光。

图 1所示中的井型磁流变抛光液盛装容器 2-2, 适用矩形四周带有 圆弧曲面 (翻边较低或仅是矩形工件板四边带有曲面或 角)的工件 4-2 抛光。 工件抛光面贴于磁极构成的圆周磁场 1-2, 磁流变抛光液 5-2在 圆周磁场 1-2的作用下, 在圆桶四周形成柔性自适应的类固体, 工件在 夹持及运动机构 3-2的带动下作上下垂直运动, 抛光面作用于磁流变抛 光类固体, 工件底部及四个圆弧曲面被抛光。

图 2是一个抛光圆盘形工件的圆桶型磁流变抛光 备示意图。

1-1是镶于磁流变抛光液圆桶外壁的绕有线圈的 铁芯磁极;

1-2是装于磁流变抛光液圆桶底板外的绕有线圈 的铁芯磁极;

2是圆桶型磁流变抛光液盛装容器;

3是磁流变抛光液;

4是圆盘形工件;

5是工件夹持旋转机构。

图 2所示磁流变抛光设备的工作方式:

图 2所示的磁流变抛光设备适用于圆盘状工件的 光。盛装于圆桶 2的磁流变抛光液 3在圆周及底部磁场 1的作用下, 变为自适应柔性类 固体, 工件 4在其夹持旋转机构 5的带动下, 贴于磁流变抛光类固体作 圆周运动, 工件抛光面作用于磁流变抛光类固体, 圆盘状工件外表面被 抛光。 图 3是一个抛光透镜内曲面的磁流变抛光设备示 图。

1是磁流变抛光机构的支撑系统;

2是磁流变抛光机构的环状曲面运动系统, 曲面与工件曲面吻合;

3是绕有线圈的铁芯磁极组合;

4是集成磁极的曲面板, 曲面板与工件曲面吻合;

5是 3和 4集成的磁流变抛光机构;

6是磁流变抛光液;

7是透镜工件;

8是工件支撑。

图 3所示磁流变抛光设备的工作方式:

图 3所示磁流变抛光设备, 适用于透镜内曲面的抛光。 将磁流变抛 光液 5注入凹透镜 7内,铁芯组合磁极 3在接通电源后, 3所产生的磁场 透过集成磁极曲面板 4, 使磁流变抛光液 6被吸于磁极曲面板 4上, 并 变成磁流变抛光类固体, 磁流变抛光机构 5及被其磁场吸住的磁流变抛 光类固体, 在环状曲面运动系统 2的驱动下, 以合适的距离, 做沿凹透 镜内曲面相同的曲面运动, 磁流变抛光类固体作用于凹透镜的内曲面, 实施对凹透镜内曲面的抛光。

图 4是一个抛光球类外形工件外曲面的磁流变抛 设备示意图。

1是磁流变抛光机构支撑;

2是磁流变抛光机构的环状曲面运动系统, 曲面与工件曲面吻合;

3是绕有线圈的铁芯磁极组合;

4是集成磁极的曲面板, 曲面板与工件抛光面吻合;

5是 3和 4集成的磁流变抛光机构;

6是磁流变抛光液;

7是球类外形工件;

8是工件夹持固定机构。

图 4所示磁流变抛光设备的工作方式:

图 4所示磁流变抛光设备, 适用于类球外型工件外曲面的抛光。 将 绕有线圈的铁芯磁极组合 3接通电源, 3所产生的磁场透过集成磁极曲 面板 4, 向 4上注入磁流变抛光液 6, 使磁流变抛光液 6被吸于磁极曲 面板 4上, 并变成磁流变抛光类固体, 磁流变抛光机构 5及被其磁场吸 住的磁流变抛光类固体, 在环状曲面运动系统 2的驱动下, 以合适的距 离, 做沿类球外型曲面工件相同的曲面运动, 磁流变抛光类固体作用于 类球外型工件的外曲面, 实施类球工件外曲面的抛光。