导语：本次通过对磁流变抛光液的流变特性研究，基于密集颗粒流理论揭示了磁流变抛光的剪切力产生机理，并建立参数可解耦的去除函数理论模型。

磁流变液是一种广为应用的智能材料，其流变效应表现为在外部磁场作用下，磁流变液可以在几毫秒内从流体状态迅速转变为类固体状态，体系的屈服强度和表观粘度增加2-3个数量级，而且这一过程是可逆的。

磁流变抛光正是一种利用磁流变液的流变效应，实现光学元件超精密加工的柔性抛光技术，它具有材料去除速率快、抛光质量好、加工精度高等优点。目前，该技术可以实现对多种材料和型面光学元件的纳米精度制造。

磁流变抛光技术涉及到材料学、接触力学、电磁学、流变学等多方面知识的融合，是一种典型的多学科交叉融合的加工技术。因此，其材料去除机理极其复杂，至今仍缺少准确的材料去除理论模型来指导工艺优化和技术提升，加工精度也难以迈入皮米量级。

此前已有研究结果证明了磁流变抛光的材料去除取决加工元件表面所受到剪切力大小，揭示抛光过程中剪切力的产生机理及其影响因素是建立材料去除理论模型的关键。

本次通过对磁流变抛光液的流变特性研究，基于密集颗粒流理论揭示了磁流变抛光的剪切力产生机理，并建立参数可解耦的去除函数理论模型。

通过分析磁流变抛光液体在剪切模型和震荡模型下的流变特性，发现磁流变抛光液体在实际加工状态下的高剪切率作用下呈现出粘塑性体特性。随着剪切率增加，正压力趋于逐渐趋于稳定，而磁流变液体的存储模量和剪切模量将发生剪切稀化并转变为流体。

-磁流变抛光液的流变特性-

（a）震荡模式下的存储模量；（b）震荡模式下的剪切模量；（c）剪切模式下的正压力

因此，基于磁流变抛光液体流变特性和倒置式磁流变抛光结构形式，构建了磁流变抛光接触区域的接触特性模型。将吸附于抛光轮的上层磁流变抛光液体视为类固体（solid-like body）核，而将与镜面接触的下层磁流变抛光液定义为由抛光粉、铁粉、基液组成的密集颗粒流。从而基于密集颗粒流理论，并结合实际加工接触特性揭示了磁流变抛光剪切力产生机理。

-磁流变抛光的剪切力产生机理-

a.磁流变抛光接触模型，b.抛光接触区域的磁流变抛光液的流变性及与工件的相互作用

通过开展去除函数实验，并测试抛光过程中工件所受到的加工力，获取了工件表面正压力及有效摩擦系数方程，进而结合磁势能作用下抛光粉分布建立去除函数理论模型。最后，将所建立的理论模型与去除函数轮廓线分布对比，验证所建立模型的有效性和准确性。

-理论与实际去除函数轮廓线对比-

这一模型克服了传统Preston方程描述材料去除的不足，研究结果对磁流变抛光液体成分改进、工艺参数优化及加工精度和质量的提升具有重要的理论参考价值。

卓精艺磁流变抛光机，可实现超光滑、超精密抛光，加工精度：纳米精度加工，RMS 1/100λ(λ=632.8nm)；表面粗糙度：优于0.5nm RMS；可对石英、微晶、ULE、BK7、单晶硅、碳化硅、蓝宝石、硫化锌等材料，实现平面、球面、二次曲面、高次非球面、自由曲面加工。如果您对我们感兴趣，欢迎来电咨询！