磁流变液在智能研磨中应用的研究

陈冬　卢永霞　赵浩明　耿惊涛　高恒志

【摘要】    磁流变液属于一种智能型的材料，响应速度非常的快，而且在进行操作的时候也比较简单，控制精准度也非常的优良，因为这些特性，所以使磁流变液已经成为了智能材料发展的一个非常重要的分支，在本篇文章当中，主要会就磁流变液在智能研磨当中的具体的应用进行简单的探讨。

【关键词】    磁流变液    智能研磨    智能发展

磁流变液属于一种具有非常良好发展性能的智能材料，磁流变液可以在没有磁场的情况下表现出非常好的流动性，在比较强烈的磁场当中，磁流变液也会迅速的变成固体 ，在去除掉它的外部磁场之后，磁流变液又会变成一种液体，这种可以在液体，固体的液体之间进行转换的，而且比较容易控制速度越快的材料势必会成为智能材料发展的一个重要的分支，现如今，磁流变液已经广泛的使用在了汽车，航天，建筑，仪器仪表以及精密加工等领域当中。

一、磁流变液的性能

1.1磁流变液的磁特性

磁流变液具有一定的磁特性，这里的磁特性指的就是在外力影响之下，磁流变液可能会出现被磁化的规律，因此了解了磁流变液的磁特性，对于最终完成器件设计是非常重要的。因为一旦外力作用不断的增强，那么磁流变液的特性也会随之出现改变，其磁化的速度会慢慢的增加，伴随着外力影响的不断的加大，最重要磁流变液的磁特性可以到达一个峰值。

1.2磁流变液的力学特性

剪切屈服应力是磁流变液非常重要的一个参数之一，并且人们在对于磁流变液的性能进行评价的过程当中，基本上都是查看其剪切屈服应力是否合乎标准，如果存在着外力磁场，那么磁场当中的颗粒就会变成一个非常有序的结构，这样能够有效地降低颗粒的自由度，能够使磁流变液出现非常明显的性能变化，会从流体变成类固体，因为受到了外界影响，所以说它的性能也会随之出现变化，并且在这个过程当中出现剪切应力，若磁流变液的剪切应力要小于它的屈服应力的话，那么其流变液就会出现固体的性质，甚至是在影响下直接产生变形，在磁流变液变形的过程当中，剪切应力跟应变出现正比例关系，而且磁流变液也会因为剪切应力不断的加大而导致连续的变形，这个时候就会展现出磁流变液存在着的液体流动性。

1.3磁流变液的表观粘度

流体的表观粘度我们将其定义为在流体发生剪切运动的过程当中，其内部的剪应力除以剪应所得到的商，在没有任何外力磁场的作用下，有大多数的磁流变液会被视为牛顿流体，在这个时候，零场粘度属于一定值和剪切的速度没有任何的联系，而有一些磁流变液在临场的时候，就已经展现出了非牛顿流体的特性，具体的表现为零场黏度会伴随着剪切速率的不断的增强而出现下降的情况，无论是哪一种磁流变液，在外力磁场的影响下，一旦出现了流动，那么势必会出现剪切稀化现象，这个时候磁流变液的表观粘度会不断的下降，最后变成一个稳定值。

1.4磁流变液的沉降稳定性

一般来说，磁流变液的磁性悬浮属于铁合金粉或者是铁粉，其积液一般为硅油或者是矿物油，它的密度会相差7～8倍左右，如果不对其进行特殊的处理的话，长期静置一定会出现沉降。并且当沉降的颗粒覆盖在表面层或者是在颗粒表面的影响下，最后会出现团结聚块的情况，这个情况如果不能够加以控制，则会导致最终的颗粒结块，导致磁流变液的材料最终丧失磁流变的效应，同时这种沉降的颗粒块还会导致磁流变液出现零场黏度的不断的增强，导致最终磁流变材料的流动性不断的变差，失去可调节的范围。还会导致其对振动频率不能够及时的响应，导致最终的器件性能变差。就目前来看，针对于缓解沉降速度的主要用途，包括首先在表面可以覆盖一层添加剂，添加剂可以起到很好的防沉淀的作用，第二个方法就是加入触变剂在磁流变液当中，加入触变剂之后，能够有效的改善其沉降特性，并且同时在表面再加入一层添加剂，添加剂以及触变剂的有机结合要比单独使用的效果更为理想。

二、磁流变液在智能研磨当中的主要应用

现如今微机电系统发展的非常的迅速，而且在微机电系统当中，伴随着科学技术的不断的演进，各个系统零件开始慢慢向着微型化发展，其表面的形状变得越来越复杂，这就导致在对零件表面进行研磨的过程当中，其质量要求变得越来越高超，精密加工现在已经成为了我们进行加工的一个主要的方法，而且现在超精密加工也已经向着纳米级开始不断的发展。加工的办法，从过去传统的办法已经演变成为现在的非常偏向于智能化的研磨，在进行研磨的过程当中，主要使用的现代化的方法包括磁能，电能以及声能等等一系列的物理学的办法，可以针对于材料进行高效率且高精度地处理，现在已经成为了研究的一个重点的区域，同时在所有的研磨方法当中，磁辅助超精密加工现在已经成为了非常典型的一种加工的办法，而且应用在了非常多的领域当中，因此对于磁辅助超精密加工進行分析，十分具有现实意义。

2.1磁性研磨

磁性研磨指的就是把磁场使用到传统的研磨技术当中，使传统的研磨技术，增加一层智能化的外壳，利用磁性磨料在磁场当中形成一个和器件互相摩擦的磁刷，这样可以有效的针对于所需要的器件进行微切除，实现对于器件表面的加工。

自前苏联工程师于1938年正式提出磁性研磨这一概念之后，磁性研磨从20世纪60年代开始就被大量前苏联学者进行研究，在深入研究的过程当中，我们对于磁性磨料的制备以及其他的一些工艺点有了一定的了解。20世纪70年代中期，保加利亚开始针对于磁性研磨技术进行研究。日本则是在20世纪80年代对其进行了研究，我国相较于其他的国家来说，研究的稍晚一些是在20世纪80年代中后期才开始对这方面的技术进行探讨，并且到现在为止也取得了一定的成效。

在一对磁极当中放入磁性磨料，在磁场的感应作用下，磁性磨料会按照磁力的状态来进行分布，并且在磁场中间形成一个有钢度的磁刷，当被加工的零件放到磁极中间的时候，零件就会伴随着磁极进行旋转和震动，磁场会让磨料和器件之间的表面形成一定的压力，并且磨料会对这些器件的表面进行挤压，进行微量的切削，进而对整个工件的表面进行研磨和加工。

在具体加工时，需要把磁性磨料放入到我们需要进行研磨的工件的内部，然后在机器运转的时候，工件的内部和磨料就会进行一个相对运动，最终完成抛光，我们所放进的磁性磨料，会随着机器的运动而产生振动，磁料跟抛光粉最终融合在一起，能够更好的使整体材料的去除变得更加的有效。为了能够更好的对那些比较复杂的曲面进行加工，所以说也可以把加工的工具做成磁极工件，这样就能够在加工的同时继续做垂直方向的上下运动，能够有效地实现工件的表面加工，一般来说会影响到磁性研磨加工的特性的主要因素可以分成以下几种，首先就是磁场的强度，再者就是工作的间隙，包括在工件跟磁性磨料作相对运动过程当中的具体的速度等等，这些因素对于最终的加工的效率和精度都有着非常重要的影响。

2.2磁流变抛光

磁流变液指的就是可以将微米大小的磁性的颗粒溶于绝缘载液当中，形成一种具有流变性的，悬浮性的液体。这种流变性的液体和磁场有着非常密切的联系，磁流变液体的流变性在没有磁场的情况下，基本上就和普通的牛顿流体是一样的，但是一旦处在强磁场的作用下，就会出现非常明显的变化，其表面的粘度指数甚至会直接提升两个数量等级。从而导致磁流变液从一个液体的状态变成固体的状态，但是一旦这些外加的磁场去除之后，磁流变液又会恢复成原来的状态，磁流变液的状态是在磁场的作用下不断的反复，而且具有非常明显的可控性以及反应速度非常快等一系列的特点，和电流变液相比，磁流变液的剪切屈服应力要更加的高，同时在动力学以及温度稳定的情况下，它的性能也要比电流变也更加的优越一些，所以说磁流变液拥有更加广阔的使用范围。在使用磁流变液进行抛光的过程当中，要在需要抛光的区域内放入一定浓度的微细磨料的磁流变液，然后加上一定强度的磁场，这个区域的磁流变液的粘度就会急速增加，从而在抛光的表面形成一种半固体的状态，这样在抛光轮的带动下，可以使用液体动压的效果完成最终的某一個区域的抛光任务。

使用磁流变液来进行抛光具有很多优点，具体如下所示，首先第一点，在进行抛光之后，物体的表面会具有非常高质量的光学表面，第二点，使用这样的方法，因为有比较强的可控性，也就是说我们可以使用这样的方法，制作比较复杂的面型，第三点，使用这样的方法拥有非常高的去除效率，第四点，使用磁流变液来进行抛光在具体的实施的过程当中，不会产生刀具方面的损坏，或者是器械方面的堵塞的情况，第五点，磁流变抛光使用的是其独特的剪切去除原理，所以说不光在应用的时候拥有非常高的去除效率，同样还可以完成纳米级别的精确的抛光，而且可以保证所抛光的物件的表面的损伤率基本为零，因此使用磁流变抛光技术是一种非常好的光学加工办法。

三、结束语

综上所述 ，伴随着科学技术的不断的发展，过去的一律以人工的切削完成研磨的技术显然已经被时代所抛弃，将磁流变液使用在智能研磨当中，在未来是有着非常广阔的发展天地的，磁场的引入，能够为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径，但是很明显，磁辅助技术现在仍然处在一个探索阶段，因此我们有必要对其机理还有其他的一些方面进行深入的研究，优化控制整体模料的运动轨迹以及加工的行为能够更好地控制最终的技术质量。

参  考  文  献

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