磁流變液在智能研磨中應用的研究

陳冬　盧永霞　趙浩明　耿驚濤　高恒志

【摘要】? ? 磁流變液屬于一種智能型的材料，響應速度非常的快，而且在進行操作的時候也比較簡單，控制精準度也非常的優良，因為這些特性，所以使磁流變液已經成為了智能材料發展的一個非常重要的分支，在本篇文章當中，主要會就磁流變液在智能研磨當中的具體的應用進行簡單的探討。

【關鍵詞】? ? 磁流變液? ? 智能研磨? ? 智能發展

磁流變液屬于一種具有非常良好發展性能的智能材料，磁流變液可以在沒有磁場的情況下表現出非常好的流動性，在比較強烈的磁場當中，磁流變液也會迅速的變成固體 ，在去除掉它的外部磁場之后，磁流變液又會變成一種液體，這種可以在液體，固體的液體之間進行轉換的，而且比較容易控制速度越快的材料勢必會成為智能材料發展的一個重要的分支，現如今，磁流變液已經廣泛的使用在了汽車，航天，建筑，儀器儀表以及精密加工等領域當中。

一、磁流變液的性能

1.1磁流變液的磁特性

磁流變液具有一定的磁特性，這里的磁特性指的就是在外力影響之下，磁流變液可能會出現被磁化的規律，因此了解了磁流變液的磁特性，對于最終完成器件設計是非常重要的。因為一旦外力作用不斷的增強，那么磁流變液的特性也會隨之出現改變，其磁化的速度會慢慢的增加，伴隨著外力影響的不斷的加大，最重要磁流變液的磁特性可以到達一個峰值。

1.2磁流變液的力學特性

剪切屈服應力是磁流變液非常重要的一個參數之一，并且人們在對于磁流變液的性能進行評價的過程當中，基本上都是查看其剪切屈服應力是否合乎標準，如果存在著外力磁場，那么磁場當中的顆粒就會變成一個非常有序的結構，這樣能夠有效地降低顆粒的自由度，能夠使磁流變液出現非常明顯的性能變化，會從流體變成類固體，因為受到了外界影響，所以說它的性能也會隨之出現變化，并且在這個過程當中出現剪切應力，若磁流變液的剪切應力要小于它的屈服應力的話，那么其流變液就會出現固體的性質，甚至是在影響下直接產生變形，在磁流變液變形的過程當中，剪切應力跟應變出現正比例關系，而且磁流變液也會因為剪切應力不斷的加大而導致連續的變形，這個時候就會展現出磁流變液存在著的液體流動性。

1.3磁流變液的表觀粘度

流體的表觀粘度我們將其定義為在流體發生剪切運動的過程當中，其內部的剪應力除以剪應所得到的商，在沒有任何外力磁場的作用下，有大多數的磁流變液會被視為牛頓流體，在這個時候，零場粘度屬于一定值和剪切的速度沒有任何的聯系，而有一些磁流變液在臨場的時候，就已經展現出了非牛頓流體的特性，具體的表現為零場黏度會伴隨著剪切速率的不斷的增強而出現下降的情況，無論是哪一種磁流變液，在外力磁場的影響下，一旦出現了流動，那么勢必會出現剪切稀化現象，這個時候磁流變液的表觀粘度會不斷的下降，最后變成一個穩定值。

1.4磁流變液的沉降穩定性

一般來說，磁流變液的磁性懸浮屬于鐵合金粉或者是鐵粉，其積液一般為硅油或者是礦物油，它的密度會相差7～8倍左右，如果不對其進行特殊的處理的話，長期靜置一定會出現沉降。并且當沉降的顆粒覆蓋在表面層或者是在顆粒表面的影響下，最后會出現團結聚塊的情況，這個情況如果不能夠加以控制，則會導致最終的顆粒結塊，導致磁流變液的材料最終喪失磁流變的效應，同時這種沉降的顆粒塊還會導致磁流變液出現零場黏度的不斷的增強，導致最終磁流變材料的流動性不斷的變差，失去可調節的范圍。還會導致其對振動頻率不能夠及時的響應，導致最終的器件性能變差。就目前來看，針對于緩解沉降速度的主要用途，包括首先在表面可以覆蓋一層添加劑，添加劑可以起到很好的防沉淀的作用，第二個方法就是加入觸變劑在磁流變液當中，加入觸變劑之后，能夠有效的改善其沉降特性，并且同時在表面再加入一層添加劑，添加劑以及觸變劑的有機結合要比單獨使用的效果更為理想。

二、磁流變液在智能研磨當中的主要應用

現如今微機電系統發展的非常的迅速，而且在微機電系統當中，伴隨著科學技術的不斷的演進，各個系統零件開始慢慢向著微型化發展，其表面的形狀變得越來越復雜，這就導致在對零件表面進行研磨的過程當中，其質量要求變得越來越高超，精密加工現在已經成為了我們進行加工的一個主要的方法，而且現在超精密加工也已經向著納米級開始不斷的發展。加工的辦法，從過去傳統的辦法已經演變成為現在的非常偏向于智能化的研磨，在進行研磨的過程當中，主要使用的現代化的方法包括磁能，電能以及聲能等等一系列的物理學的辦法，可以針對于材料進行高效率且高精度地處理，現在已經成為了研究的一個重點的區域，同時在所有的研磨方法當中，磁輔助超精密加工現在已經成為了非常典型的一種加工的辦法，而且應用在了非常多的領域當中，因此對于磁輔助超精密加工進行分析，十分具有現實意義。

2.1磁性研磨

磁性研磨指的就是把磁場使用到傳統的研磨技術當中，使傳統的研磨技術，增加一層智能化的外殼，利用磁性磨料在磁場當中形成一個和器件互相摩擦的磁刷，這樣可以有效的針對于所需要的器件進行微切除，實現對于器件表面的加工。

自前蘇聯工程師于1938年正式提出磁性研磨這一概念之后，磁性研磨從20世紀60年代開始就被大量前蘇聯學者進行研究，在深入研究的過程當中，我們對于磁性磨料的制備以及其他的一些工藝點有了一定的了解。20世紀70年代中期，保加利亞開始針對于磁性研磨技術進行研究。日本則是在20世紀80年代對其進行了研究，我國相較于其他的國家來說，研究的稍晚一些是在20世紀80年代中后期才開始對這方面的技術進行探討，并且到現在為止也取得了一定的成效。

在一對磁極當中放入磁性磨料，在磁場的感應作用下，磁性磨料會按照磁力的狀態來進行分布，并且在磁場中間形成一個有鋼度的磁刷，當被加工的零件放到磁極中間的時候，零件就會伴隨著磁極進行旋轉和震動，磁場會讓磨料和器件之間的表面形成一定的壓力，并且磨料會對這些器件的表面進行擠壓，進行微量的切削，進而對整個工件的表面進行研磨和加工。

在具體加工時，需要把磁性磨料放入到我們需要進行研磨的工件的內部，然后在機器運轉的時候，工件的內部和磨料就會進行一個相對運動，最終完成拋光，我們所放進的磁性磨料，會隨著機器的運動而產生振動，磁料跟拋光粉最終融合在一起，能夠更好的使整體材料的去除變得更加的有效。為了能夠更好的對那些比較復雜的曲面進行加工，所以說也可以把加工的工具做成磁極工件，這樣就能夠在加工的同時繼續做垂直方向的上下運動，能夠有效地實現工件的表面加工，一般來說會影響到磁性研磨加工的特性的主要因素可以分成以下幾種，首先就是磁場的強度，再者就是工作的間隙，包括在工件跟磁性磨料作相對運動過程當中的具體的速度等等，這些因素對于最終的加工的效率和精度都有著非常重要的影響。

2.2磁流變拋光

磁流變液指的就是可以將微米大小的磁性的顆粒溶于絕緣載液當中，形成一種具有流變性的，懸浮性的液體。這種流變性的液體和磁場有著非常密切的聯系，磁流變液體的流變性在沒有磁場的情況下，基本上就和普通的牛頓流體是一樣的，但是一旦處在強磁場的作用下，就會出現非常明顯的變化，其表面的粘度指數甚至會直接提升兩個數量等級。從而導致磁流變液從一個液體的狀態變成固體的狀態，但是一旦這些外加的磁場去除之后，磁流變液又會恢復成原來的狀態，磁流變液的狀態是在磁場的作用下不斷的反復，而且具有非常明顯的可控性以及反應速度非常快等一系列的特點，和電流變液相比，磁流變液的剪切屈服應力要更加的高，同時在動力學以及溫度穩定的情況下，它的性能也要比電流變也更加的優越一些，所以說磁流變液擁有更加廣闊的使用范圍。在使用磁流變液進行拋光的過程當中，要在需要拋光的區域內放入一定濃度的微細磨料的磁流變液，然后加上一定強度的磁場，這個區域的磁流變液的粘度就會急速增加，從而在拋光的表面形成一種半固體的狀態，這樣在拋光輪的帶動下，可以使用液體動壓的效果完成最終的某一個區域的拋光任務。

使用磁流變液來進行拋光具有很多優點，具體如下所示，首先第一點，在進行拋光之后，物體的表面會具有非常高質量的光學表面，第二點，使用這樣的方法，因為有比較強的可控性，也就是說我們可以使用這樣的方法，制作比較復雜的面型，第三點，使用這樣的方法擁有非常高的去除效率，第四點，使用磁流變液來進行拋光在具體的實施的過程當中，不會產生刀具方面的損壞，或者是器械方面的堵塞的情況，第五點，磁流變拋光使用的是其獨特的剪切去除原理，所以說不光在應用的時候擁有非常高的去除效率，同樣還可以完成納米級別的精確的拋光，而且可以保證所拋光的物件的表面的損傷率基本為零，因此使用磁流變拋光技術是一種非常好的光學加工辦法。

三、結束語

綜上所述 ，伴隨著科學技術的不斷的發展，過去的一律以人工的切削完成研磨的技術顯然已經被時代所拋棄，將磁流變液使用在智能研磨當中，在未來是有著非常廣闊的發展天地的，磁場的引入，能夠為超精密的加工提供更多的新的方法，也可以提供更多的有效途徑，但是很明顯，磁輔助技術現在仍然處在一個探索階段，因此我們有必要對其機理還有其他的一些方面進行深入的研究，優化控制整體模料的運動軌跡以及加工的行為能夠更好地控制最終的技術質量。

參? 考? 文? 獻

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