[发明专利]一种微细结构化表面光整加工方法、介质及装置

说明书

本发明针对微细结构化表面（特征尺寸小于500µm）光整中微细特征结构易于破坏、光整均一性难以保障、材料去除率低等关键科技难题，发明了一种磁力和速度驱动特制磁性剪切增稠光整介质的新型微细结构表面智能可控光整方法与装置。通过装置的磁场控制单元、运动控制单元以及辅助线圈控制单元进行有效控制交变磁场，并配合主轴转速调整，实现智能控制光整作用力以及特制磁性剪切增稠光整介质的运动形式和作用范围，从而达到微细特征结构表面的高效柔性光整加工。提供了特制磁性剪切增稠光整介质的成份以及制造工艺方法。本发明能够避免传统光整工艺对零件的结构化微细特征光整时的操作空间限制和制造难度，从而实现高效、高精度、高质量柔性光整加工。

技术领域

本发明涉及一种微细结构化表面可控光整加工方法、特殊光整介质以及光整装置，属于难加工材料零件关键微细特征结构表面的高效精密光整加工技术领域。

背景技术

机械零件的表面光整加工技术是机械精密加工后工件表面完整性进一步提高的延续，通过不切除或仅切除极薄的材料表面层，以实现去除表面微瑕疵、微裂纹、拉伸残余应力层、降低工件表面粗糙度或者增强压缩残余应力以强化表面强度、提高零件服役寿命等。目前，常用的表面光整工艺方法主要包括机械磨削与抛光、化学抛光、电解光整、化学机械抛光、超声波辅助磨抛、挤压研磨、流体光整、磁流变抛光、磁力研磨等。机械磨削与抛光作为经典的接触式光整方法，利用磨料、磨具或者抛光垫在相互运动状态下与工件表面的直接机械接触，平滑被加工工件的表面。化学抛光与电解抛光的原理相似，通过抛光液的配备，不需要复杂的机械设备，即可实现形状复杂的工件表面抛光，但是，抛光的表面粗糙度较高，一般在十至数十微米量级。化学机械抛光是利用化学与机械复合加工的原理，在半导体硅片与光电晶体基片抛光中，实现亚纳米级超光滑表面抛光，但是加工成本非常昂贵，并且一般仅用于平面光整。依靠超声波振荡磨料悬浮液的超声抛光方法，加工宏观力小，不会引起工件变形，结合化学和电化学的复合作用，可有效提高加工效率。依靠高速流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面的抛光方法，对复杂弯曲盲孔的内表面光整具有显著的加工优势。通过磁场驱动，利用磁性磨料介质或者磁流变光整介质对工件表面进行光整的工艺方法，具有加工效率高、加工条件易于控制、光整表面完整性良好等特点，广泛应用于难加工材料的表面光整。然而，现有的表面光整方法主要针对宏观表面光整加工，对于微细结构化表面，特别是复杂微织构表面，易于破坏微细特征，难以保障材料去除均一性，以及存在材料去除率低等技术障碍，较难直接应用。随着当前精密模具设计与制造技术的快速发展，模具的结构化表面特征向高精度、微细化发展，模具的微型特征尺寸已经超越500 µm以下，甚至向纳米尺度发展。因此，开发新型的高效、高精度、高质量的微细结构化（特征尺寸小于500 µm）表面光整加工方法与技术具有重要的理论意义和实际应用价值。

本发明针对微细结构化表面（特征尺寸小于500 µm）光整中微细特征结构易于破坏、光整均一性难以保障、材料去除率低等关键科技难题，发明了一种磁力驱动特制磁性剪切增稠光整介质的新型光整方法与装置，通过操作力的非接触式控制，避免传统工具对零件的结构化特征光整时加工干涉，从而实现高效高质量光整。

发明内容

本发明提供一种微细结构化表面可控光整加工方法、介质与装置。利用交变线圈产生磁场的作用实现特制磁性剪切增稠光整介质的智能控制，解决表面光整作用力的动态控制问题，提高光整质量与效率；同时，通过施加驱动信号产生特制光整介质的耦合振动，进一步提高光整效率。

本发明的一种微细结构化表面光整加工方法、特制磁性剪切增稠介质及其光整装置所提供的技术方案如下：