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　　1、磁粒光整加工
　　磷粒光整加工(Magnetic Abrasive Finishing，簡稱MAF)是利用磁場作用進(jìn)行材料微去除的表面加工方法，它能高效、快速地對(duì)各種材料、尺寸和結(jié)構(gòu)的零件進(jìn)行光整加工，是一種投資少、效率高、用途廣、質(zhì)量好的表面加工方法。
　　(1)磁粒光整加工的原理所謂磁粒光整加工。就是利用磁場通過強(qiáng)磁性介質(zhì)產(chǎn)生的磁作用力作用到磁粒上，使磁粒對(duì)工件進(jìn)行微切削加工的方法。圖1為圓柱表面磁粒光整加工原理圖，將工件放置在由電磁鐵N極和S極構(gòu)成的磁場中，在電磁鐵與工件之間填充磁性磨粒，當(dāng)對(duì)電磁鐵通以直流電時(shí)，在N、S兩極之間便產(chǎn)生磁場，磁性磨粒被磁極吸引，在磁力的作用下，磁粒沿磁力線整齊地排列成刷子狀，并對(duì)工件表面形成一定的壓力，當(dāng)磁極與工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁刷掃過工件表面，從而對(duì)工件待加工表面進(jìn)行研磨、去毛刺、提高工件表面硬度等過程的光整加工。該加工方法改善了工件表面的應(yīng)力分布狀態(tài)，延長了工件的使用壽命。磁性磨粒由純鐵粉(Fe)作載體，加入一些Al2O3或SiC等磨�；旌现瞥�。
　　目前磁粒光整加工按磁場的形式可以劃分為兩大類，第一類磁場為恒磁場，依靠磁場與工件表面之間相對(duì)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)加工；第二類則是采用交變或旋轉(zhuǎn)磁場來產(chǎn)生磁性磨粒與加工面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)材料的微去陳加工。
　　(2)磁粒光整加工特點(diǎn)
　　自銳性好，加工能力強(qiáng)，效率高。磁磨溫升小，工件變形小。切削深度小，加工表面光潔平整。工件表面交變勵(lì)磁，提高了工件的物理力學(xué)性能。磨料刷的形狀隨加工工件的形狀變化而變化，表現(xiàn)出極好的柔性和自適應(yīng)性，因此不僅可用于圓柱和平面加工，還可進(jìn)行異形表面和自由曲面的光整加工。加工力可以通過控制磁場強(qiáng)度進(jìn)行控制，加工過程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。磁性磨粒更換迅速，不污染環(huán)境。既可加工鐵磁性材料，也可對(duì)非鐵磁性材料進(jìn)行光整加工。
　　(3)磁粒光整加工的應(yīng)用
　　磁粒光整加工適用于各個(gè)領(lǐng)域精密零件的研磨、拋光和去毛刺。磁性磨粒加工不僅可用于以鐵和碳素鋼合金鋼等磁性材料制作的零件，也適用于加工非磁性材料如黃銅、不銹鋼和鈦合金、陶瓷以及硅片等，材料去除率明顯高于一般研磨工藝，表面粗糙度值可達(dá)Ra=O.01um。
　　(4)磁粒光整加工關(guān)鍵技術(shù)
　　磁粒光整加工自動(dòng)化研究及面向模具型腔表面拋光的光整加工裝置的開發(fā)。近年來，由于數(shù)控機(jī)床的cAD／cAM系統(tǒng)的引進(jìn)，使得多數(shù)模具制造實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化，但模具型腔表面的精加工還必須由技術(shù)熟練的工人進(jìn)行手工完成．仍未實(shí)現(xiàn)3D表面的精加工。因此，致力于模具型腔表面自動(dòng)化光整加工具有重要的意義。東北大學(xué)利用三桿五自由度并聯(lián)機(jī)床對(duì)復(fù)雜模具型腔表面進(jìn)行自動(dòng)化磁粒光整加工進(jìn)行了有益的嘗試，并取得了一定的效果。
　　磁性磨粒的制備及新型磁性磨粒的開發(fā)。目前，我國制作的磁性磨粒成本較高、使用壽命短、加工效率低，磁性材料與磨抖之間的可溶性差，磁粒的磁化率偏低。因此需要研制新型磁性磨粒，力求降低成本，提高使用壽命，增強(qiáng)切削能力。最近，鐵磁相與磨粒相機(jī)械混合制備磁性磨粒的方法，不僅降低了成本，而且得到Ra=0.042um的超光滑的光整加工表面。
　　磁粒光整加工工藝的研究。磁粒光整加工不僅受工件材質(zhì)、工件尺寸的影響，也受到工件形狀和表面去除量的限制，對(duì)不同位置角度，不同曲率的表面，其去除規(guī)律是不同的，必須對(duì)此進(jìn)行深入的研究，在不破壞工件原有精度的前提下，以取得整個(gè)表面相同的表面粗糙度。自由曲面的磁粒光整加工，不僅在運(yùn)動(dòng)控制上。而且在加工工藝上都不同于平面、外圓和內(nèi)圓面，因此，要針對(duì)不同工件形狀，研究其磁粒光整加工的加工特點(diǎn)和優(yōu)化工藝，以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。
　　2、磁力懸浮研磨
　　(1)磁力懸浮研磨的原理
　　磁力懸浮研磨，是基于磁性流體中非磁性磨粒受磁場作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生向低磁場方向懸浮的現(xiàn)象而研究出的光整加工方法。圖2為磁力懸浮研磨陶瓷球加工原理圖，氮化硅毛坯球置于磁流體(通常是膠態(tài)的Fe3O4)、非磁性磨料與水或油混合液中，在磁場的作用下，磁流體向強(qiáng)磁場方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)磨料產(chǎn)生反向浮力，陶瓷球和浮板有向上的推力作用，使陶瓷球與各研磨點(diǎn)形成研磨壓力。這個(gè)壓力較小，約為1N/球，而且是彈性的，從而減少了陶瓷球表面的滑痕及微裂紋。當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)錐形研磨盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，便對(duì)陶瓷球起研磨作用。
　　(2)磁力懸浮研磨的特點(diǎn)
　　磁力懸浮使作用在研磨面的磨粒數(shù)增多。由于磨粒由流體支撐，使支撐富有彈性，而且加工壓力由懸浮力決定，因此每一顆磨粒的加工壓力很小。磁性流體的傳熱系數(shù)大，可抑制加工點(diǎn)的溫度上升。越接近磁鐵，作用于磨粒的懸浮力越大，因此，對(duì)工件形狀還有修正效果。由于加工區(qū)域是立體的，因此，它不僅能加工平面，而且也能研磨球面和其他復(fù)雜型面，加工范圍廣。
　　 (3)磁力懸浮研磨技術(shù)精密加工陶瓷球陶瓷球的表面質(zhì)量對(duì)陶瓷球軸承的性能和可靠性起著至關(guān)重要的作用，由于陶瓷具有高的硬度和脆性，因此對(duì)磨削或拋光過程中產(chǎn)生的表面缺陷極為敏感，表面缺陷導(dǎo)致陶瓷球的疲勞失效，從而降低陶瓷球軸承的性能和使用壽命。因此，陶瓷球的高表面完整性精密加工尤為重要。
　　陶瓷球的傳統(tǒng)加工采用金剛石拋光的方法，和加工金屬球一樣，采用高的加工負(fù)荷和低的拋光速度，加工一組陶瓷球需要幾周的時(shí)間，不僅加工時(shí)間長，磨料成本高，而且由于高的加工負(fù)荷，在陶瓷球的加工表面留有較深的劃痕、凹坑和微裂紋，導(dǎo)致陶瓷球軸承使用性能和可靠性降低，因此，為了減小對(duì)加工表面的傷害，尋求較軟的磨粒，采用低應(yīng)力拋光陶瓷球加工方法，即磁浮拋光陶瓷球加工方法。
　　試驗(yàn)表明，用磁浮拋光氮化硅陶瓷球，采用B4C或SiC微粉磨粒，拋光壓力僅為1N/球，得到1um/min高的材料去除率，將加工時(shí)間由幾周縮短為20h，并且無加工缺陷及表面變質(zhì)層，得到Ra=4mm的超光滑表面。
　　(4)磁力懸浮研磨關(guān)鍵技術(shù)
　　優(yōu)化磁浮研磨的加工條件。在磁浮研磨加工中，拋光負(fù)荷、拋光速度以及磨粒濃度、被加工材料的物理力學(xué)特性影響加工質(zhì)量和效率，因此，優(yōu)化加工參數(shù)，在保證加工質(zhì)量的前提下，提高加工效率；研究各種磨粒在磁浮研磨各階段的有效性，以及在化學(xué)機(jī)械拋光過程中各種磨粒與工件材料、拋光液可能的化學(xué)反應(yīng)；用磁浮研磨方法加工磁性材料，如金屬球，提高其效率和加工質(zhì)量。
　　3、磁性流體研磨
　　(1)磁性流體研磨原理
　　磁性流體研磨(Magnetic Fluid Flnishing)是一種新型的借助于磁場進(jìn)行的光整加工技術(shù)。該方法是利用磁性流體的流動(dòng)性、磁性材料的磁性和外磁場的作用實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面研磨的一種精加工方法。磁性流體由磁性顆粒(Fe3O4)、表面活化劑以及液體載體組成，平均粒徑約10nm左右的磁性顆粒膠體，懸浮于液體載體(油或水)中。對(duì)磁性流體施加強(qiáng)磁場時(shí)，由于表面活化劑的作用，磁性顆粒不會(huì)聚集，始終保持懸浮狀態(tài)。磁性流體是完全軟磁性的，磁性流體的飽和磁化強(qiáng)度由載體中磁性顆粒的數(shù)量及其材料性質(zhì)決定。載體中的磁性顆粒越多，磁性流體的飽和磁化強(qiáng)度就越高。在均勻磁場中，磁性流體中的磁性顆粒沿磁場磁力線排列，在梯度磁場中，磁性流體被吸向高磁場區(qū)。
　　在磁性流體中添加有磨削能力的磨粒(如Al2O3、SiC等)，當(dāng)混合液處于梯度磁場中時(shí)，磨粒、磁性顆粒分別向相反方向移動(dòng)。若磁場梯度方向位于重力方向時(shí)，磨粒就會(huì)上浮于磁性流體表面。
　　(2)磁性流體研磨特點(diǎn)
　　不會(huì)產(chǎn)生二次毛刺；加工材料范圍廣，硬質(zhì)臺(tái)金、陶瓷、不銹鋼、高速鋼、硬塑料等材料的工件都可以加工；特別適合于各種復(fù)雜殼體內(nèi)孔、螺紋等的去除毛刺加工；可保持零件原有加工精度，更適合孔徑變化≤5um，圓度≤1.5um的工件；加工效率高，加工時(shí)間只為手工操作時(shí)間的10％。
　　(3)磁性流體研磨應(yīng)用
　　利用磁性流體研磨時(shí)聚丙烯片、陶瓷滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體、光學(xué)零件表面研磨拋光都得到光滑超精密無變質(zhì)層的加工表面。
　　(4)磁性流體研磨加工裝置 磁性流體平面研磨加工裝置如圖3所示。磁性流體研磨裝置由加工部分、驅(qū)動(dòng)部分和電磁線圈組成。為防止電磁鐵發(fā)熱，在其周圍加循環(huán)水冷卻，可通過定位螺釘來調(diào)整工件與回轉(zhuǎn)研具之間的位置。
　　圖4為磁性流體磨粒內(nèi)圓研磨裝置。電磁鐵配置在工件的左右，在磁極周圍用水管冷卻，磁極使用P型和M型兩種．工件為非磁性材料黃銅。前工序用金剛石砂紙手工研磨內(nèi)圓，加工后表面粗糙度值為Rz=2.7un。磁性流體為質(zhì)量百分比濃度為40％的磁鐵粉，磨粒為綠碳化硅，粒徑W50～W40、W28～W20兩種。加工時(shí)間為30MIN。通過選擇合適的磁極形狀和介質(zhì)可有效地進(jìn)行內(nèi)圓研磨。
　　4、磁流變拋光
　　(1)磁流變拋光原理20世紀(jì)80年代中期由Kordonski發(fā)明的磁流變拋光(Magnetorheologlcal Finishing MRF)是使用磁場改變磁流變液體的黏度，磁流變液體不斷在泵之間循環(huán)，電磁使液體中的固相之間不斷交替(見圖5)，磁流變拋光液加到旋轉(zhuǎn)輪邊緣并被帶進(jìn)拋光區(qū)，工件裝夾在數(shù)控機(jī)床上并浸在液流里，和彈性發(fā)射加工和其他數(shù)控加工一樣，材料去除量是由給定位置駐留時(shí)間決定的。砂輪邊緣和拋光表面形成楔形間隙暴露在磁性域中。在砂輪邊緣產(chǎn)生磁性變黏的磁流變拋光液通過楔形間隙，這種拋光液在接觸區(qū)產(chǎn)生剪切壓力并去除工件表面材料。
　　由于去除率和流體黏度有關(guān)，因此去除率是很穩(wěn)定的。通過監(jiān)測和控制使流體黏度保持在±1％以內(nèi)。通過改變砂輪速度，工件在磁流體中位置和磁場強(qiáng)度來調(diào)整去除率，產(chǎn)生光滑無損傷表面的同時(shí)得到相對(duì)高穩(wěn)定的材料去除率。不同于傳統(tǒng)拋光，磨粒法向載荷能劃傷工件表面，磁流變拋光依靠剪切模式去除材料，磨粒在法向方向不受任何法向力。
　　(2)磁流變拋光特點(diǎn)
　　MAF是一種柔性拋光方法，不產(chǎn)生表面變質(zhì)層，加工效率高，表面粗糙度值可達(dá)到納米級(jí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜表面的拋光加工；在其他工藝參數(shù)不變的條件下，通過控制磁場強(qiáng)度和磁場分布以及在加工區(qū)域的駐留時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的定量拋光；磁流液在制造和使用中不受化學(xué)雜質(zhì)的影響，原材料無毒，對(duì)環(huán)境友好。
　　(3)磁流變拋光應(yīng)用
　　磁流變拋光主要應(yīng)用在光學(xué)零件的超光滑拋光，如用W1微粉磨粒拋光K9玻璃、SiC陶瓷可得到表面粗糙度Ra值為幾個(gè)納米的無任何損傷的超光滑表面：磁流變用以有色金屬的拋光可使加工后的表面粗糙度值降低到原來的1/3，而且表面無變質(zhì)層，磁流變拋光一般不用來拋光金屬材料。磁流液會(huì)對(duì)金屬表面產(chǎn)生腐蝕作用，出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，使表面粗糙度值增大。
　　(4)磁流液的組成成分
　　磁流液是一種對(duì)磁場敏感的固液混合兩相液流，它有磁性顆粒、基液和表面活性劑組成．磁場顆粒一般選用高飽和磁化強(qiáng)度的球形羰基鐵微粉，粒徑在O.01～10um之間，比重大約為7～8g／cm3。理想的磁流液在零磁場時(shí)必須具有良好的流動(dòng)性．這要求磁性顆粒的含量不能太大；同時(shí)磁流液在磁場作用下應(yīng)具備顯著的流變效應(yīng)，這又要求磁場顆粒的含量應(yīng)盡可能大，通常其體積濃度在20％～50％之間。基液是磁流液的載體，要求熱穩(wěn)定性好、揮發(fā)低、無污染、易流動(dòng)、絕緣、絕磁，基液不同則磁流液的特征也不同。此外，基液還涉及與磁性顆粒的親和性，高親和力有利于減少顆粒的沉淀作用．但會(huì)阻礙其運(yùn)動(dòng)，從而延長響應(yīng)時(shí)間；低親和力剛好與此相反。目前采用的基液有水、煤油、酯、硅油、碳化氟以及聚苯醚等。由于磁性顆粒為無機(jī)類固體微粒，不溶解或不易分散在基液中。因此在磁性顆粒和基液的固液兩相之間加入表面活性劑，它將磁性顆粒的表面包覆起來，使之彼此分開，均勻穩(wěn)定地懸浮于基液中。表面活性劑必須具有特殊的分子結(jié)構(gòu)。一端有一個(gè)對(duì)磁性顆粒界面產(chǎn)生高度親和力的釘扎功能團(tuán)，另一端還需有一個(gè)極易分散于基液中適當(dāng)長度的彈性基團(tuán)。常用的表面活性劑包括油酸、亞油酸、亞麻酸等。
　　將拋光粉加入磁流液中并混合均勻，就制成了磁流變拋光液，零磁場時(shí)它是可流動(dòng)的，然而在外磁場作用下磁流液的性質(zhì)發(fā)生急劇變化，磁場顆粒聚結(jié)成鏈狀結(jié)構(gòu)，整個(gè)流體表現(xiàn)出類似固體的力學(xué)性質(zhì)，拋光粉受力浮于液面上，撤除外磁場后磁流液又能恢復(fù)流動(dòng)性，響應(yīng)時(shí)間極短。
　　(5)磁流變拋光關(guān)鍵技術(shù)
　　①磁流變拋光液的研制，拋光液應(yīng)具有零磁場流動(dòng)性好，在外磁場作用下發(fā)生流變效應(yīng)，且對(duì)磁場響應(yīng)速度快。②加工工藝參數(shù)的優(yōu)化，如工件轉(zhuǎn)速、磁場強(qiáng)度、磁場分布形式、工件材料特性以及拋光粉種類和含量等參數(shù)對(duì)磁流變拋光的影響。建立材料去除率、表面粗糙度的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)不同工件材料，優(yōu)化加工參數(shù)，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。③磁流變數(shù)控加工裝置的研究與開發(fā)。