一种磨料颗粒复合磁流变弹性体制备装置及方法

1.本发明属于磨削抛光工具制造技术领域，更具体地，涉及一种磨料颗粒复合磁流变弹性体制备装置及方法。


背景技术：

2.磁流变弹性体是一类新近出现的智能材料，具有优异的磁控力学特性。它是由软铁磁性颗粒和聚合物基体组成，具有可控性、可逆性好、响应快等特点，可以通过调节磁场大小来控制材料的刚度、阻尼连续变化，且在磁场的作用下磁流变弹性体会改变其机械和流变性能，基于此特点，添加磨料的磁流变弹性体可以运用到超精密抛光技到术领域中。但由于磨粒、铁磁性粒子与基体之间存在较大的密度差，磨料颗粒复合磁流变弹性体在制备的过程中存在颗粒沉降的问题，这会导致磁致效应的降低，传统的磁流变弹性体制备时磁场强度及方向固定单一，磨料颗粒易沉降，磨粒分布不均。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种磨料颗粒复合磁流变弹性体制备装置及方法，以克服现有技术的不足，本发明能够实现磨料颗粒复合磁流变弹性体磁场强度及方向调整，降低颗粒易沉降效应，并保持有较高磁致效应。
4.一种磨料颗粒复合磁流变弹性体制备装置，包括上磁铁模块、磁流变弹性体模具和下磁铁模块，上磁铁模块和下磁铁模块通过圆弧轨道安装，上磁铁模块和下磁铁模块的之间的连线过圆弧轨道中心，磁流变弹性体模具通过支撑架安装于圆弧轨道中心，上磁铁模块和下磁铁模块能够在圆弧轨道上滑动，磁流变弹性体模具通过驱动装置能够转动，磁流变弹性体模具的转动轴线垂直于上磁铁模块和下磁铁模块的之间的连线。
5.优选的，上磁铁模块和下磁铁模块均通过滑块安装于圆弧轨道上。
6.优选的，滑块包括下滑块和上滑块，下滑块或上滑块上设有滑槽，下滑块和上滑块通过紧定螺钉扣合于圆弧轨道上，圆弧轨道设置于滑槽内，上磁铁模块或下磁铁模块固定于下滑块和上滑块上。
7.优选的，下滑块和上滑块上设有通孔，通孔内设有滑套，上磁铁模块或下磁铁模块通过丝杠法兰安装于下滑块和上滑块上，丝杠法兰穿设于滑套内。
8.优选的，上磁铁模块和下磁铁模块结构相同，包括磁铁座，磁铁座内部装设有磁铁，磁铁座的一端与丝杠法兰固定连接，丝杠法兰上套设有两个螺母，下滑块和上滑块夹持于两个螺母之间。
9.优选的，圆弧轨道包括上导轨和下导轨，上导轨和下导轨的两端均设有连接耳，通过连接耳固定于底座支架上。
10.优选的，磁流变弹性体模具通过模具夹手安装于底座支架上，底座支架上安装有电机，电机的输出轴与模具夹手一端固定连接。
11.优选的，圆弧轨道上设有刻度线。
12.优选的，磁流变弹性体模具包括上模具和下模具，上模具和下模具通过螺栓螺母连接，上模具上开设有通孔，通孔内设有密封塞。
13.一种磨料颗粒复合磁流变弹性体制备方法，包括以下步骤：
14.s1，将上磁铁模块、磁流变弹性体模具和下磁铁模块固定安装于圆弧轨道上，调整位置上磁铁模块和下磁铁模块的位置；
15.s2，将磨料颗粒复合溶液去除气泡后置于磁流变弹性体模具，根据磨料颗粒复合溶液中磁性磨料颗粒属性调整磁流变弹性体模具角度至固化完成，即可得到磨料颗粒复合磁流变弹性体。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
17.本发明一种磨料颗粒复合磁流变弹性体制备装置，采用上磁铁模块、磁流变弹性体模具和下磁铁模块组成一个可以改变磁流变弹性体模具转动方向的可调装置，将上磁铁模块和下磁铁模块通过圆弧轨道安装，上磁铁模块和下磁铁模块的之间的连线过圆弧轨道中心，磁流变弹性体模具通过支撑架安装于圆弧轨道中心，上磁铁模块和下磁铁模块能够在圆弧轨道上滑动，磁流变弹性体模具通过驱动装置能够转动，磁流变弹性体模具的转动轴线垂直于上磁铁模块和下磁铁模块的之间的连线，利用上磁铁模块和下磁铁模块构建一个一维恒定磁场，结合可转动的磁流变弹性体模具可构建出平面二维旋转磁场以及三维旋转磁场，可以实现任意磁场强度与方向的磨料颗粒复合磁流变弹性体的多环境磁场制备，且一物多用，可用于提供材料力学性能测试下的多维稳定磁场环境，本装置结构简单，可以制备分布均匀的磁性磨料与非磁性磨料的复合磁流变弹性体砂轮。
18.进一步的，上磁铁模块和下磁铁模块均通过滑块安装于圆弧轨道上，安装结构简单，便于调节。
附图说明
19.图1为本发明实施例中磨料颗粒复合磁流变弹性体制备装置立体结构示意图。
20.图2为本发明实施例中磁流变弹性体模具剖面图。
21.图3为本发明实施例中磨料颗粒复合磁流变弹性体内部组织示意图。
22.图4为本发明实施例中模具夹手结构示装置。
23.图5为本发明实施例中上磁铁模块装置结构示意图。
24.图6为本发明实施例中上滑块模块结构三视图，其中a为上滑块模块主视图，b为上滑块模块做左视图，c为上滑块模块俯视图。
25.图7为图6中a向剖视图。
26.图8为图6中b向剖视图。
27.其中，底座支架1、下导轨2、电机3、模具夹手4、上导轨5、上滑块模块6、紧定螺钉7、上磁铁模块8、磁流变弹性体模具9、下磁铁模块10、下滑块模块11、固定抓手4-1、螺栓螺母4-2、手柄8-1、螺母8-2、丝杠法兰8-3、磁铁8-4、磁铁座8-5、下滑块6-1、上滑块6-2、衬套6-3、密封塞9-1、上模具9-2、密封圈9-3、下模具9-4。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的
附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
29.实施例1
30.如图1所示，本发明一种磨料颗粒复合磁流变弹性体制备装置，包括上磁铁模块8、磁流变弹性体模具9和下磁铁模块10，上磁铁模块8通过上滑块模块6安装于上导轨5上，下磁铁模块10通过下滑块模块11安装于下导轨2上，上磁铁模块8和下磁铁模块10的之间的连线过下导轨2和上导轨5的轨道中心，磁流变弹性体模具9通过支撑架安装于圆弧轨道中心，上磁铁模块8和下磁铁模块10能够上导轨5和下导轨2滑动，磁流变弹性体模具9通过驱动装置能够转动，磁流变弹性体模具9的转动轴线垂直于上磁铁模块8和下磁铁模块10的之间的连线。
31.上滑块模块6和下滑块模块11结构相同，如图6、图7、图8所示，以上滑块模块6为例，上滑块模块6包括下滑块6-1和上滑块6-2，下滑块6-1或上滑块6-2上设有滑槽，下滑块6-1和上滑块6-2通过紧定螺钉7扣合于圆弧轨道上，圆弧轨道设置于滑槽内，上磁铁模块8或下磁铁模块10固定于下滑块6-1和上滑块6-2上；此时，磁流变弹性体模具9位于维磁场中心。
32.下滑块6-1和上滑块6-2上设有通孔，通孔内设有滑套6-3，上磁铁模块8或下磁铁模块10通过丝杠法兰8-3安装于下滑块6-1和上滑块6-2上，丝杠法兰8-3穿设于滑套6-3内。
33.如图5所示，上磁铁模块8和下磁铁模块10结构相同，包括磁铁座8-5，磁铁座8-5内部装设有磁铁8-4，磁铁座8-5的一端与丝杠法兰8-3固定连接。
34.丝杠法兰8-3穿设于滑套6-3内，滑套6-3可采用光轴滑套，也可采用内螺纹结构；滑套6-3采用光轴滑套时，丝杠法兰8-3上套设有两个螺母8-2，下滑块6-1和上滑块6-2夹持于两个螺母8-2之间；上端的螺母8-2上固定有用于转动的手柄8-1。
35.滑套6-3采用内螺纹结构，丝杠法兰8-3外侧设置外螺纹，丝杠法兰8-3与滑套6-3螺纹连接，形成的丝杠螺母结构，用于调整上磁铁模块8和下磁铁模块10的径向位置，所述滑套6-3与上滑块中心孔过渡配合，螺纹失效便于更换。下滑块6-1和上滑块6-2构成的滑块组合，通过旋转把手调整上磁铁模块8和下磁铁模块10的相对位置，用于无级改变磁场强度大小；上磁铁模块8和下磁铁模块10构成磁路模块，用于构建制备磁流变弹性体的磁场环境。
36.上磁铁模块8和下磁铁模块10中的磁铁采用铷铁硼磁铁，在其对称中心最大可提供1000mt近似均匀强磁场，保证稳定可靠的制备磁场环境，结构简单。
37.下导轨2和上导轨5均采用双轨道结构，双轨道结构之间设置间隙，下导轨2和上导轨5构成导轨组合，用于导向下滑块6-1和上滑块6-2，下滑块6-1和上滑块6-2构成滑块组合，可任意移动两滑块在导轨组合上的相对位置，用于改变y-z平面方向上磁场强度方向。
38.上导轨5和下导轨2的两端均设有连接耳，通过连接耳固定于底座支架1上；上导轨5和下导轨2构成圆形轨道，上导轨5和下导轨2上刻有0-360度刻度线，用于确定下滑块6-1和上滑块6-2的位置。
39.如图4所示，磁流变弹性体模具9通过模具夹手4安装于底座支架1上，底座支架1上
安装有电机3，电机3的输出轴与模具夹手4一端固定连接。本技术采用电机3带动磁流变弹性体模具9转动，使模具环境从y-z平面二维磁场转变为x-y-z三维磁场。
40.如图2所示，磁流变弹性体模具9包括上模具9-2和下模具9-4，上模具9-2和下模具9-4通过螺栓螺母连接，上模具9-2上开设有通孔，通孔内设有密封塞9-1，上模具9-2和下模具9-4之间设置密封圈9-3。
41.一种磨料颗粒复合磁流变弹性体制备方法，包括以下步骤：
42.s1，将上磁铁模块8、磁流变弹性体模具9和下磁铁模块10固定安装于圆弧轨道上，调整位置上磁铁模块8和下磁铁模块10的位置；
43.s2，将磨料颗粒复合溶液去除气泡后置于磁流变弹性体模具9，根据磨料颗粒复合溶液中磁性磨料颗粒属性调整磁流变弹性体模具9角度至固化完成，即可得到磨料颗粒复合磁流变弹性体。
44.本发明采用的磨料颗粒复合磁流变弹性体原料基体选用天然橡胶、硅橡胶、聚氨酯和聚二甲基硅氧烷，软磁性材料选用铁、钻、镍，其磁导率较高，颗粒粒径为微米级；采用磁性磨料颗粒，用于制备磨料颗粒复合磁流变弹性体砂轮过程避免重力沉降效应聚集，磁性磨料颗粒受磁力作用，可以消除磨粒在基液因重力沉降的影响，在近似匀强磁场的环境沿磁力线均匀分布；对于非磁性磨料颗粒的砂轮制备，在固化过程中前期，依据磨料沉降速率以及基体固化速率，外部控制器定时启动电机快速带动模具夹手180度旋转，磁流变弹性体模具在磁场中固化，重复以上动作直至磨料颗粒固结在弹性基体中，在不破坏磁性颗粒链形方向的前提下，避免磨粒沉降聚集，保证磨粒均匀分布，且可形成宏观各向异性与微观磁性链加持磨料的复合材料，如图3所示。
45.磁性磨料的制备方法包括粘接法、烧结法、粉末冶金法、机械压嵌法，利用物理或化学方法使磨料颗粒进入铁磁性基体中。
46.另外，或者采用雾化快凝法和化学复合镀法，气体雾化快凝法是利用高速气流冲击磁性金属液流并将其破碎为细小的液滴，同时将磨料颗粒高速打入液滴内部，使液滴在所设定的环境氛围中迅速凝固的一种磨料制备方法；化学复合渡是将某种硬质磨料颗粒均匀地夹杂到磁性金属镀层中而形成的特殊镀层的方法。
47.模具夹手4采用非导磁材料，如图4所示，模具夹手4包括固定抓手4-1，固定抓手4-1的一端与电机轴孔过盈配合连接，固定抓手4-1另一端为圆形开口，用于夹持模具，并由螺栓螺母夹紧或松弛。
48.磁流变弹性体模具9采用非导磁的铝合金，避免影响磁力线穿透模具对磨料颗粒复合磁流变弹性体成型制备。
49.本发明一种磁场强度方向可调的磁流变弹性体制备装置及制备方法的工作原理为：首先将模具夹手、导轨组合和滑块组合安装好，再将上磁铁模块8与下磁铁模块10分别组装并安装在对应的滑块上，从而构建好制备磁流变弹性体的磁场环境；将配备的磨料颗粒复合的溶液通过磁力搅拌，使磨料颗粒充分均匀分布于溶液，并放在真空机内反复抽其内部气泡，接着置于磁流变弹性体模具9中，并塞紧密封塞，装配到模具夹手4上；此时已经构建出平面二维磁场，可以通过把手调整上磁铁8与下磁铁10的相对位置，用于改变磁场强度大小，还可以任意移动两滑块在导轨组合上的相对位置，用于改变y-z平面上磁场强度方向。通过旋转模具夹手4上的把手从而带动磁流变弹性体模具9转动，使其从受平面二维平
面磁场转变为三维立体磁场，可以用于改变磨料颗粒复合磁流变弹性体模具三维立体空间内磁场强度方向。该装置可以构建出一维恒定磁场，又可以构建出平面二维旋转磁场，还可以形成复合的三维旋转磁场；我们可以根据实际情况灵活调整，针对磨料种类选择，优选磁性磨料颗粒，用于制备磨料颗粒复合磁流变弹性体砂轮过程避免沉降效应聚集，磁性磨料颗粒沿磁力线均匀分布；对于非磁性磨料颗粒的砂轮制备，在固化过程中前期，依据磨料沉降速率以及基体固化速率，外部控制器定时启动电机快速带动模具夹手180度旋转，在不破坏磁性颗粒链形方向的前提下，避免磨粒沉降聚集，保证磨粒均匀分布。同时由于我们在制备的的过程中磁场强度0-1000mt及方向0-360度连续可调，从而制备出磁场强度与方向各异的磨料颗粒复合磁流变弹性体。
50.尽管结合实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。