三維微結(jié)構(gòu)電磁流變效應(yīng)創(chuàng)成加工研究.pdf

1、作為功能材料，電磁流變液是在基載液中加入可同時(shí)被電場極化和磁場磁化的微細(xì)固相粒子而形成的具有可控流變行為的懸浮液。在電場和磁場共同作用下具有比單獨(dú)電流變效應(yīng)和磁流變效應(yīng)更顯著的協(xié)同效應(yīng)。 本研究基于電磁流變協(xié)同效應(yīng)，提出了一種用于硬脆材料三維微結(jié)構(gòu)創(chuàng)成加工的新方法，即利用電磁流變液在電磁流變效應(yīng)作用下將混入電磁流變液中的磨料微粒粘結(jié)、聚集形成動(dòng)態(tài)即效微砂輪，用于玻璃、單晶硅、工程陶瓷等硬脆材料微小零件三維微結(jié)構(gòu)的創(chuàng)成加工?；陔?/p>

2、磁流變效應(yīng)微砂輪形成理論，設(shè)計(jì)了電磁流變效應(yīng)微砂輪微細(xì)加工的實(shí)驗(yàn)裝置和用于微溝槽加工的數(shù)控程序，通過對(duì)電磁流變液組分、特性及電磁流變效應(yīng)機(jī)理分析，研制了適合微結(jié)構(gòu)創(chuàng)成加工的電磁流變液。在此基礎(chǔ)上，在玻璃材料表面進(jìn)行了微溝槽加工實(shí)驗(yàn)，研究了電磁流變液固相粒子（種類、粒度、百分比等）、加工工具（工具材料、形狀、角度等）、加工參數(shù)（工具轉(zhuǎn)速、水平工作臺(tái)進(jìn)給速度、工具Z向進(jìn)給、加工時(shí)間、加工初始間隙、加工角度、電場電壓、磁場電壓等）對(duì)微溝槽加工

3、的影響，通過相關(guān)參數(shù)的改變來控制動(dòng)態(tài)微砂輪的尺寸、剛度、磨粒相互結(jié)合強(qiáng)度以獲得理想的微溝槽形貌，并深入探討了硬脆材料的去除機(jī)理和形狀創(chuàng)成加工機(jī)理。 研究結(jié)果表明，電磁流變效應(yīng)即效微砂輪在玻璃等硬脆材料上進(jìn)行微結(jié)構(gòu)創(chuàng)成加工是可行和有效的，以Fe3O4粒子作為固相粒子配制成的電磁流變液能產(chǎn)生較好的電磁流變效應(yīng)并對(duì)三維微結(jié)構(gòu)創(chuàng)成加工有良好的加工效果，當(dāng)Fe3O4粒度為50μm、含量在33.84％時(shí)可以獲得較好的加工效果。加工工具的材料

4、、端部形狀影響了工具端部的電、磁場分布，并決定了電磁流變效應(yīng)微砂輪的大小和剛度，選用磁導(dǎo)率大的材料可以獲得較高的材料去除率，不同端部形狀的工具加工的微溝槽形貌不同，當(dāng)工具錐角為45°時(shí)可以獲得較高的材料去除率。隨著電場或磁場勵(lì)磁電壓的增大，微砂輪對(duì)材料的去除效率會(huì)隨之提高。電磁流變效應(yīng)即效微砂輪水平加工一次在Z向定量進(jìn)給一次可以獲得較大的材料去除率。加工工藝參數(shù)方面，選用工具轉(zhuǎn)速4800r/min、工作臺(tái)水平進(jìn)給速度20mm/min、加