现代光电通讯和集成电路等产业的发展对超光滑表面提出了极高的要求,不仅要求表面粗糙度达到原子级别,同时还要求极低的亚表面损伤。磁流变抛光是一种柔性超光滑加工方法,可满足这些要求,是一种非常有前景的超光滑表面加工技术。研究以塑性域材料去除为主的磁流变抛光技术加工损伤生成的机理,对实现接近原子级极限的超光滑表面的加工意义重大。同时,实现低成本高效率的平面磁流变加工工艺是当前诸多产业的迫切需求。为满足以上诸多产业对超光滑表面加工质量及效率的多元化要求,本文先对平面磁流变抛光损伤产生机理进行了深入的研究,建立了损伤层深度预测数学模型并进行了试验验证,为获得亚纳米级表面粗糙度和几十纳米损伤层,提出了电磁铁励磁的大抛光模磁流变抛光方法,研制了大抛光模平面磁流变抛光电磁铁励磁装置。针对不同的应用需求,开展了相关加工试验研究,验证了大抛光模磁流变抛光实现超光滑表面加工的能力。本文主要研究内容如下:(1)综述概括了目前超光滑表面加工技术和磁流变抛光技术现状,着重探讨了传统超光滑表面加工技术及磁流变抛光技术存在的一些问题,分析了磁流变抛光损伤生成机理研究的必要性,提出了电磁铁励磁的大抛光模平面磁流变抛光技术,并对其塑性变形损伤机理进行研究。(2)对磁流变抛光塑性材料去除机理及其加工损伤展开了研究。介绍了磁流变抛光塑性变形损伤层的产生的机理,以单颗磨粒切削和有效磨粒数量数学模型为基础,提出了大抛光模平面磁流变抛光损伤层深度数学模型,为后续研究奠定理论基础。为了验证所建立的磁流变抛光损伤层深度数学模型的正确性,仿真分析了抛光粉直径、铁粉直径、抛光粉浓度、法向压力和有效作用面积对抛光损伤层深度的影响机理,并进行了试验验证。结合FIB制样技术和TEM高分辨率成像,对抛光损伤层进行表征,首次测量出其塑性变形层深度在几十纳米级别,以验证数学模型的有效性。根据磁流变塑形去除材料机理,应用磁流变抛光改进了传统硬脆材料TEM样品制备方法。(3)为了实现对平面磁流变抛光损伤层深度的控制,提出了电磁铁励磁的大抛光平面模磁流变抛光方法。根据大抛光模平面磁流变抛光的要求,设计了以U型柱与两个楔形磁极组合为铁芯的电磁铁,采用磁位标量的计算方法进行电磁铁理论计算,并利用Maxwell仿真软件对电磁铁进行仿真优化,然后对研制出的电磁铁磁感应强度值进行实测,以验证所设计的电磁铁励磁系统满足平面磁流变的磁场强度的要求。(4)为了进一步提高电磁铁励磁系统的性能,增大有效磁场面积,以提高大抛光时硬化区面积,提出沿气隙方向加工出梯形和圆弧的小尺寸阵列结构,并对磁极进行结构优化仿真分析,得出其最优尺寸参数。为验证电磁铁性能的提升,对优化前后进行仿真对比分析。(5)对永磁轭和电磁铁加工特性进行了对比研究。实测对比分析了永磁轭和电磁铁的磁场特性,对永磁轭和电磁铁硬化区调控特性进行对比分析,对永磁轭、直线、梯形和圆弧电磁铁励磁进行研抛痕试验研究。为研究各工艺参数对平面磁流变抛光效果的影响,以电磁铁作为励磁装置,系统地研究工艺参数,包括工作间隙、电流大小、工件转速、抛光盘转速对表面粗糙度和材料去除率的影响。以永磁轭为励磁系统,对氧化锆陶瓷高效极低损伤磁流变抛光进行了研究,并对不同磨粒的抛光性能进行了系统性的研究。