[发明专利]一种磁流变弹性体砂轮及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于砂轮领域，具体涉及一种磁流变弹性体砂轮及其制备方法。

背景技术

随着机械及光电产品向小型化、轻便化的发展，微小非球面、微小模具等超精密零件成为了高科技产品的关键核心零部件，这类零件有以下特点：1）形状复杂、尺寸小，大多为硬脆材料；2）对加工精度及尺寸稳定性要求高，表面质量要求纳米级或者亚纳米级；3）不存在表面或者亚表面损伤。这些都对超精密加工提出了巨大的挑战。

目前，最为有效的超精密加工手段是采用超精密铣削、车削、磨削等工艺后再进行抛光处理，而常用抛光方法主要分为两类：一类是通过在相对运动的抛光头与工件间加入磨料，利用游离磨粒对工件进行刮擦、挤压等来实现加工，其问题在于加工效率低、周期长，加工质量得不到保证；另一类是直接采用微细磨料制成的流体或者胶体进行抛光，可得到高质量加工表面，但加工过程不易控制，难以对零件面型进行精确修型加工。因此，传统的超精密加工技术在加工效率、加工精度、自动化以及适用的加工型面等方面难以满足微小非球面的高精度要求。

发明内容

针对上述难题，本发明提供一种磁流变弹性体砂轮及其制备方法，用于实现对微小非球面、微小复杂曲面体、高陡度的凹形光学零件及其模具的高效率、高精度抛光。

本发明提供了一种磁流变弹性体砂轮，由非磁性微粉磨粒、磁性颗粒、橡胶类基体和添加剂等原料制备而成，制成的砂轮具有磁流变弹性体的变刚度特性，即砂轮的刚度在周围磁场作用下可变、可控。

优选的，所述非磁性微粉磨粒、磁性颗粒、橡胶类基体和添加剂的质量比为70~90：30~50：20~40：5~10。

优选的，所述的非磁性微粉磨粒为金刚石磨粒；

所述磁性颗粒为羰基铁粉；

所述橡胶类基体为硅橡胶基体、天然橡胶基体或弹性聚氨酯基体；

所述添加剂包括增塑剂、促进剂和固化剂等，具体依据基体材料而定。

优选的，所述硅橡胶基体为双组份加成型硅橡胶；

所述天然橡胶基体为亚么尼亚胶；

所述弹性聚氨酯基体由多元醇和异氰酸酯经反应后得到，其中，多元醇包括聚脂多元醇和聚醚多元醇中的一种或两种，异氰酸酯包括2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯和2，6-甲苯二异氰酸酯中的一种或多种。

优选的，所述橡胶类基体为硅橡胶基体时，所述添加剂为二甲基硅油、聚硅氧烷；

所述橡胶类基体为天然橡胶时，所述添加剂为氧化锌、硬脂酸、促进剂CZ以及硫磺；

所述橡胶类基体为弹性聚氨酯基体时，所述添加剂为邻苯二甲酸酯、1，4-丁二醇和辛酸亚锡。

本发明还提供一种磁流变弹性体砂轮的制备方法，制备工艺包括以下步骤：

一、混料，采用机械搅拌混料或者机械振动搅拌混料将称量好的各成分混合均匀备用；

二、装模，在模腔壁上均匀涂上脱模剂，将步骤一的混合料均匀地装入模具中，模具为不导磁材料；

三、加磁，在模具周围施加磁场并静置一段时间，让磁性颗粒在磁场力下重新分布；

四、压制成型，在模具上施加一定大小的压力，将砂轮压制成型；

五、深度固化，将成型的砂轮和模具一起置于室温下或者置于加热装置内加热保温一段时间；

六、冷却脱模，将砂轮冷却至室温后脱模并进行修整。

优选的，所述混料之前还包括液体原料的干燥步骤，干燥的时间为1～2小时，干燥的温度为60～100℃。

优选的，所述橡胶类基体为天然橡胶基体时，加磁过程中伴随有加热过程，温度维持在70~90℃。

优选的，所述加磁步骤根据需要实施，可以无磁场制备砂轮，可以在平行磁场下制备砂轮，也可以在环形辐射磁场下制备砂轮。实验表明，无论制备时有无磁场，磁流变弹性体砂轮都具有变刚度特性，而有场制备的砂轮比无场制备的砂轮具有更好的变刚度特性。在制备块状砂轮时，一般施加平行磁场，在制备柱状砂轮时，一般施加环形辐射状磁场。

优选的，所述橡胶基体为硅橡胶基体时，可在室温下深度固化1~3天；

所述橡胶基体为天然橡胶基体时，需在温度为130~160℃条件下固化3小时左右,然后深度固化1~3天；

所述橡胶基体为弹性聚氨酯基体时，可在室温下深度固化1~3天。