本發(fā)明涉及磁流變拋光液，具體為一種不銹鋼細(xì)小管內(nèi)壁加工用磁流變拋光液，以及該磁流變拋光液的制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、對(duì)細(xì)小管(內(nèi)直徑小于10mm，長(zhǎng)度和內(nèi)直徑的長(zhǎng)徑比大于15)的內(nèi)壁加工，因現(xiàn)有拋光工具無(wú)法完全觸及內(nèi)壁表面，故通過(guò)傳統(tǒng)加工方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效加工。目前可采用磨料流拋光或磁粒研磨工藝來(lái)去除內(nèi)壁表面毛刺對(duì)細(xì)小管內(nèi)壁進(jìn)行拋光，但這兩種方式在實(shí)際應(yīng)用時(shí)都存在一些不足。如磨料流拋光技術(shù)，是憑借流體的良好流動(dòng)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)流道的有效拋光，在加工過(guò)程中磨料介質(zhì)對(duì)目標(biāo)工件表面壓力為mpa級(jí)，在經(jīng)過(guò)變截面、變曲率通道時(shí)拋光作用明顯，但在直通道表面拋光效果較差；磁粒研磨工藝，是利用磁場(chǎng)特性輔助磨粒進(jìn)行拋光，具有自適應(yīng)性較高的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)大長(zhǎng)徑比細(xì)小管內(nèi)孔進(jìn)行拋光時(shí)，磁性磨粒填充量小，難以保證研磨效率和表面質(zhì)量的均勻性。

2、磁流變拋光是一種非接觸拋光方式，不需拋光工具與待加工表面直接接觸，利用磁流變拋光液在磁場(chǎng)下的流變效應(yīng)作為“柔性拋光頭”實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的非接觸加工，通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度、拋光液成分以及拋光時(shí)間來(lái)精確控制拋光加工過(guò)程。由于磁流變拋光主要依靠磨粒的剪切作用進(jìn)行拋光，對(duì)工件表面的壓力較小，且不易出現(xiàn)應(yīng)力集中問題，在應(yīng)用時(shí)具有一定優(yōu)勢(shì)。

3、一般的磁流變拋光方法，參照?qǐng)D1所示，是將磁性拋光頭1與工件待加工表面4保持一定間隙，使磁流變拋光液5通入間隙中，受磁場(chǎng)作用包覆于磁性拋光頭1表面形成柔性拋光墊，由于越靠近拋光頭磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁流變拋光液5中的磁性顆粒2被吸引至靠近拋光頭一側(cè)，磨粒3被擠壓至遠(yuǎn)離拋光頭1一側(cè)，即靠近待加工表面4側(cè)，通過(guò)調(diào)整拋光頭1與待加工表面4之間的拋光間隙來(lái)調(diào)節(jié)磨粒3作用于待加工表面4的壓力，并通過(guò)拋光頭1的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)待加工表面4的拋光。

4、但由于細(xì)小管口徑較小、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，磁性拋光頭無(wú)法有效接觸內(nèi)壁表面，只能將磁流變拋光液通入管內(nèi)，在管外側(cè)施加磁場(chǎng)以達(dá)到拋光目的。由于磁場(chǎng)位于管外、磁流變拋光液通入管內(nèi)，與一般磁流變拋光工況相比，磁場(chǎng)作用力、磁場(chǎng)梯度分布及磨削力都顯著不同，故將一般磁流變拋光液用于細(xì)小管內(nèi)壁的加工，拋光效果明顯變差，即使經(jīng)過(guò)調(diào)整也無(wú)法達(dá)到拋光要求。因此，開發(fā)細(xì)小管內(nèi)壁加工專用的磁流變拋光液，具有廣泛的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有磁流變拋光液在加工不銹鋼細(xì)小管內(nèi)壁表面時(shí)存在的不足，本發(fā)明開發(fā)出一種適用于細(xì)小管內(nèi)壁加工的磁流變拋光液，能顯著提升對(duì)不銹鋼尤其316l不銹鋼細(xì)小管內(nèi)壁的拋光質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)超精密拋光，使加工后的工件表面達(dá)到鏡面效果。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的不銹鋼細(xì)小管內(nèi)壁加工用磁流變拋光液，包括以下體積份原料組分：

3、穩(wěn)定劑1份、磨粒9～20份、磁性顆粒45～50份、水34～45份；所述磨粒選用平均粒徑3.5～10μm的氧化鋁粉，所述磁性顆粒平均粒徑在7～10μm,所述穩(wěn)定劑選用羥丙基甲基纖維素。

4、作為對(duì)上述技術(shù)方案的限定，所述磨粒的平均粒徑選用7～10μm，所述磁性顆粒的平均粒徑選用7μm。

5、作為對(duì)上述技術(shù)方案的限定，所述磨粒與磁性顆粒用量配比為1:2.25～1:5.55。

6、作為對(duì)上述技術(shù)方案的限定，所述磁性顆粒選用羰基鐵粉。

7、作為對(duì)上述技術(shù)方案的限定，適用于316l不銹鋼細(xì)小管。

8、本發(fā)明基于對(duì)細(xì)小管內(nèi)壁加工方式的特殊性，從組成拋光液的磨粒種類、磨粒粒徑、磁性顆粒粒徑、磨粒與磁性顆粒用量以及穩(wěn)定劑種類等多方面考慮，綜合拋光液的流動(dòng)性能、抗剪切屈服強(qiáng)度、磁性顆粒對(duì)磨粒的夾持能力以及拋光液的穩(wěn)定性能等對(duì)拋光效果的影響，優(yōu)化出適合不銹鋼尤其316l不銹鋼細(xì)小管內(nèi)壁加工使用的磁流變拋光液。

9、拋光液中磁性顆粒在磁場(chǎng)作用下形成鏈狀結(jié)構(gòu)，以提供加工壓力和穩(wěn)定磨粒分布，磁性顆粒的含量和粒徑直接影響磁流變液的剪切屈服應(yīng)力；拋光液中的磨粒是去除材料的工具，直接作用于加工工件表面，磨粒的粒徑和數(shù)量直接影響材料的磨削效果。增加磁性顆粒比例可以增強(qiáng)鏈狀結(jié)構(gòu)剛性，提供更高剪切力，但磁性顆粒比例過(guò)高會(huì)使磨粒數(shù)量相對(duì)不足，導(dǎo)致磨粒分布不均勻，且磁性顆粒直接接觸待加工表面，影響加工效果；增大磁性顆粒粒徑可以提升鏈狀結(jié)構(gòu)的剛性，磁性顆粒粒徑越大，剪切屈服應(yīng)力越大，但磁鏈數(shù)量密度降低，鏈狀結(jié)構(gòu)間隙增大，分散穩(wěn)定性差，磨粒分布不均勻，加工表面易出現(xiàn)溝槽；相反，磁性顆粒粒徑較小則磁鏈剛性較弱，難以提供足夠加工壓力，導(dǎo)致加工效率下降。增加磨粒比例可以增加單位體積內(nèi)實(shí)際參與磨削的磨粒數(shù)量，提高拋光效率，但可能使鏈狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致加工壓力不足，加工不均勻；減小磨粒比例，單位體積內(nèi)參與磨削的磨粒數(shù)量較少，拋光效率較低；增大磨粒粒徑，可以提高磨削去除效率，但會(huì)導(dǎo)致磨粒在磁鏈中分布不均勻，容易引起較大的表面劃痕，影響加工表面質(zhì)量；減小磨粒粒徑有助于實(shí)現(xiàn)精細(xì)拋光，但磨削去除效率較低，磨粒可能團(tuán)聚，降低磨粒分布的均勻性，導(dǎo)致工件表面材料去除不均。

10、本發(fā)明的磁流變拋光液，既能夠顯著增強(qiáng)拋光液的穩(wěn)定性，可以在磁流變拋光加工過(guò)程中有效減少固體顆粒之間的團(tuán)聚，延緩顆粒的沉降速率，又能夠提高磁性顆粒對(duì)磨粒的支撐作用，提升磨削拋光效果，從而保證加工效率和表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)超精密拋光，使加工后的工件表面達(dá)到鏡面效果。

11、本發(fā)明提供了如上所述不銹鋼細(xì)小管內(nèi)壁加工用磁流變拋光液的制備方法，包括以下制備步驟：

12、a、取部分去離子水，加熱，在攪拌狀態(tài)下緩慢加入穩(wěn)定劑，充分?jǐn)嚢柚寥芙夂?，再加入剩余去離子水，攪拌均勻，得到基液；

13、b、向基液中加入磨粒，攪拌均勻，之后加入磁性顆粒，持續(xù)攪拌至均勻分散，得到磁流變拋光液。

14、作為對(duì)上述技術(shù)方案的限定，步驟a中去離子水加熱至90～100℃。

15、作為對(duì)上述技術(shù)方案的限定，步驟a加入穩(wěn)定劑后的攪拌時(shí)間持續(xù)0.5～1h；步驟b加入磨粒后攪拌時(shí)間持續(xù)0.5～1h，加入磁性顆粒后攪拌時(shí)間持續(xù)2～3h。

16、本發(fā)明磁流變拋光液的制備，操作簡(jiǎn)單、便捷，利于配制和應(yīng)用。

17、另外，本發(fā)明還提供了如上所述不銹鋼細(xì)小管內(nèi)壁加工用磁流變拋光液的使用方法，是將磁流變拋光液通入細(xì)小管的管腔內(nèi)，并保持磁流變拋光液在管腔內(nèi)持續(xù)流動(dòng)，將磁頭置于細(xì)小管的外側(cè)，通過(guò)細(xì)小管與磁頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使磁流變拋光液完成對(duì)細(xì)小管內(nèi)壁的拋光處理。

18、作為對(duì)上述技術(shù)方案的限定，所述磁頭包括一對(duì)環(huán)繞細(xì)小管的同極相對(duì)設(shè)置的永磁體，所述永磁體相對(duì)細(xì)小管旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述細(xì)小管相對(duì)永磁體上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述細(xì)小管的管腔上端經(jīng)由第一蠕動(dòng)泵連通至攪拌桶的出料口，所述細(xì)小管的管腔下端經(jīng)由第二蠕動(dòng)泵連通至攪拌桶的回料口，所述第一蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速大于第二蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速；

19、所述永磁體在細(xì)小管內(nèi)表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小為0.3t～0.4t，所述永磁體的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為90rpm～100rpm，所述細(xì)小管的往復(fù)行程為20mm，往復(fù)速度為1mm/s～1.2mm/s，所述第一蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速為65rpm～75rpm，所述第二蠕動(dòng)泵的為50rpm～60rpm。

20、作為對(duì)上述技術(shù)方案的限定，用于316l不銹鋼細(xì)小管的內(nèi)壁加工后，內(nèi)壁粗糙度sa降低至150nm以下，內(nèi)壁能達(dá)到鏡面效果，獲得納米級(jí)表面。

21、相較于傳統(tǒng)磁流變拋光方式，本發(fā)明將磁流變液通入細(xì)小管的管腔內(nèi)，磁流變拋光磁頭置于待加工件即細(xì)小管的管腔外側(cè)，通過(guò)細(xì)小管與磁頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來(lái)完成對(duì)內(nèi)壁的拋光處理，以適應(yīng)細(xì)小管內(nèi)壁加工的特殊性，提升加工質(zhì)量。

22、綜上所述，本發(fā)明通過(guò)篩選、優(yōu)化磁流變拋光液的組成，在改變傳統(tǒng)磁流變拋光方式即將拋光磁頭和磁流變液分別置于待加工表面兩側(cè)進(jìn)行加工的方式下，完成對(duì)316l不銹鋼細(xì)小管內(nèi)壁的有效加工，能夠顯著提升內(nèi)壁拋光效果，提高待加工表面的質(zhì)量。