高去除率的磁流变精加工头制造技术

磁流变精加工头，包括磁极片，其被定制成喷嘴形状和轮形状以最大化体积去除率。用于磁流变流体带的承载轮是非球面的，优选具有垂直于旋转轴的短半径和平行于旋转轴的长半径的环形，尽管所述轮的形状可为平行于轮的旋转轴的任何非球面或自由形态，例如，环形或圆柱形。通过如下方式产生磁场：使极片塑形，以在它们之间的限定间隙上产生基本均匀的磁场，从而使流体带的区域中的场强是均匀的。喷嘴具有非圆形开口以提供具有覆盖磁场的宽度范围的宽度的流体流。这三个特征的组合允许新颖的MRF去除功能元件。除功能元件。除功能元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高去除率的磁流变精加工头


[0001]本专利技术涉及用于基材(衬底，substrate)表面的磁流变精加工的系统；更具体地，涉及这样的磁流变精加工头，其包括可旋转的工作表面(“轮”的中纬切面(equatorial section)的外表面)，所述可旋转的工作表面设置在相对的磁极片之间并且能够将轮(砂轮，wheel)表面上的磁流变流体(MR流体)带入并穿过位于轮和正被精加工的基材(“工件”)的工作表面之间的工作区(“点(spot)”)，其中MR流体通过受到由可作为电磁体或永磁体的磁极片施加的磁场而“硬化(stiffened)”，并且通过利用硬化的MR流体进行研磨将材料从基材表面去除；并且最具体地，涉及这样的磁流变精加工头，其中可旋转的工作表面是非球形的，磁极片产生基本均匀的磁场，并且MR流体作为宽的流体材料带出现到位于可旋转的工作表面上的工作区。

技术介绍

[0002]使用以磁性方式硬化的磁流变流体对基材进行研磨精加工和抛光是众所周知的。这样的包含分散在液体载剂中的软磁研磨颗粒(磨粒，abrasive particle)的流体在存在磁场的情况下表现出磁诱导塑性行为。MR流体的表观粘度可以磁性的方式被增加许多数量级，使得MR流体的稠度从接近水状变为非常硬(stiff)的研磨膏(paste)。当将这样的研磨膏适当地对准待成形或抛光的基材表面(例如光学元件)时，可实现非常高水平的精加工品质、精度和控制。
[0003]1998年8月18日授权给Jacobs等人的美国专利No.5,795,212，“Deterministic magnetorheological finishing”，公开了使用MR流体精加工工件表面的方法和设备，其中将工件定位在载体表面附近，使得在工件表面的一部分和载体表面之间限定出会聚间隙。将磁场基本上施加在所述间隙处，并且将硬化的MR流体的流引入所述间隙中，从而在MR流体中产生工作区，由此形成用于在工件表面的一部分处参与并导致材料去除的亚孔径暂态(sub
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aperture transient)精加工工具。工件或工作区相对于彼此移动以将工件表面的不同部分暴露于工作区达预定时间段，从而选择性地将工件表面的部分精加工至预定程度。
[0004]1998年11月24日授权给Jacobs等人的美国专利No.5,839,944，“Apparatus for deterministic finishing of workpieces”，公开了使用MR流体精加工工件表面的方法和设备，其中将工件定位在载体表面附近，使得在工件表面的一部分和载体表面之间限定出会聚间隙。将磁场基本上施加在所述间隙处，并且将硬化的MR流体的流引入会聚间隙中，从而在MR流体中产生工作区，由此形成用于在工件表面的一部分处参与并导致材料去除的亚孔径暂态精加工工具。工件或工作区相对于彼此移动以将工件表面的不同部分暴露于工作区达预定时间段，从而选择性地将工件表面的部分精加工至预定程度。
[0005]1999年9月14日授权给Kordonski等人的美国专利No.5,951,369，“System for magnetorheological finishing of substrates”，公开了改进的用于提高基材的磁流变精加工的有效性的系统。在线流量计与加压泵的转速闭环连接(close
‑
loop link)，以确保流向工作区的磁流变流体的流(流量，flow)恒定。简化的毛细管粘度计在流体输送系统中
设置在其到轮表面上的出口处。
[0006]来自流量计和粘度计压力传感器的输出信号被发送到计算机，该计算机计算正在被输送到工作区的MRF的粘度，并导致将载液(载剂流体，载体流体，carrier fluid)补充到工作浓缩(work
‑
concentrate)的MR流体中以恢复粘度，从而旨在确保为工作区提供恒定浓度的磁性固体。用于工作区处的场磁体的非对称极片将磁场沿着工作区上游的轮表面延伸，以允许MRF在与工件衔接(参与，engage)之前完全磁硬化，同时最小化粘度计附近的边缘场，并沿着工作区下游的轮表面缩短磁场。
[0007]2000年8月22日授权给Jacobs等人的美国专利No.6,106,380，“Deterministic magnetorheological finishing”，公开了使用MR流体精加工工件表面的方法和设备，其中，将工件定位在载体表面附近，使得在工件表面的一部分和载体表面之间限定出会聚间隙。将磁场基本上施加在所述间隙处，并且将硬化的MR流体的流引入会聚间隙中，从而在MR流体中产生工作区，由此形成用于在工件表面的一部分处参与并导致材料去除的亚孔径暂态精加工工具。工件或工作区相对于彼此移动以将工件表面的不同部分暴露于工作区达预定时间段，从而选择性地将工件表面的部分精加工至预定程度。
[0008]2003年1月14日授权给Kordonski等人的美国专利No.6,506,102，“System for magnetorheological finishing of substrates”，公开了改进的用于基材的磁流变精加工的系统，包括具有水平轴线的垂直定向的碗形承载轮。所述承载轮优选地是球体的中纬切面，使得承载表面是球形的。所述轮包括径向圆形板，该板连接到旋转驱动装置并支撑从该板横向延伸的球形表面。具有平面北极片和南极片的电磁体设置在所述轮内、在球体的外壳内，并且优选地在由轮限定的球形截面的外壳内。磁体在约120度的中心轮角上延伸，使得磁流变流体在工作区之前(前方)和之后(后方，beyond)保持为部分硬化的状态。随着硬化(stiffening)被放松，磁性刮刀从轮上去除MR流体，并将其返回到传统的流体输送系统以用于调节和重新挤出到轮上。所述系统可用于精加工必须延伸超出轮边缘的大型凹面基材，以及用于在位于轮的下止点位置(bottom dead center position)处的工作区中精加工非常大的基材。
[0009]2015年2月3日授权给Kordonski的美国专利No.8,944,883，“System for magnetorheological finishing of a substrate”，公开了球形轮，用于承载磁流变精加工流体并容纳可变场永磁系统，该系统具有由初级和次级间隙隔开的北和南的铁极片，并带有穿过中心的圆柱形空腔。垂直于圆柱轴线磁化的圆柱永磁体可旋转地设置在所述空腔中。致动器允许永磁体旋转至任何角度，该旋转改变了穿过极片的磁路中的通量分布(distribution of flux)。因此，可通过将永磁体定位在提供所需场强的任何角度来控制间隙中的场强。因为场也穿过极片上方，在轮表面外限定了边缘场，因而可变的场延伸穿过轮上的MR流体的层，从而改变MR流体的刚度，这可能是精加工控制(finishing control)所需的。
[0010]在所有这些现有技术参考文献中，公开的轮是中纬球形切面；没有公开通过使极片的尖端塑形(成形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.磁流变精加工头，包括a)具有非球形精加工表面的可旋转的精加工轮；b)极性相反的第一和第二磁极片，其具有设置在所述精加工轮内的角并具有相对的面，其中最靠近所述精加工表面的所述相对的面的角具有选自由圆锥形、斜面、环形、放射形和自由形态组成的组的形状；和，c)终止于非圆形出口的喷嘴组件。2.磁流变精加工头，包括以下三个要素中的任一者：a)具有非球形精加工表面的可旋转的精加工轮；b)极性相反的第一和第二磁极片，其设置在所述精加工轮内并具有相对的面，其中最靠近所述精加工表面的所述相对的面的角具有选自由圆锥形、斜面、环形、放射形和自由形态组成的组的形状；和c)终止于非圆形出口的喷嘴组件。3.磁流变精加工头，包括以下三个要素中的任意两者：a)具有非球形精加工表面的可旋转的精加工轮；b)极性相反的第一和第二磁极片，其具有设置在所述精加工轮内的角并具有相对的面，其中最靠近所述精加工表面的所述相对的面的角具有选自由圆锥形、斜面、环形、放射形和自由形态组成的组的形状；和c)终止于非圆形出口的喷嘴组件。4.根据权利要求1
‑
3中任一项的磁流变精加工头，其中所述非球形精加工表面的形状选自由环形、圆柱形和自由形态组成的组。5.根据权利要求1
‑
3中任一项的磁流变精加工头，其中所述磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：W梅斯纳，J戴维斯，C马洛尼，
申请(专利权)人：QED技术国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：