一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高效超精密剪切增稠‑化学协同抛光装置，包括抛光工具、抛光工具夹具、抛光固动盘、防尘罩及抛光液循环装置，抛光固动盘安装在防尘罩内，防尘罩上设有抛光工具夹具，抛光工具安装在抛光工具夹具上，抛光工具设置在防尘罩内；抛光工具包括抛光液性状调节室和中空管，中空管上端与抛光液性状调节室出口连接，抛光液性状调节室进口与抛光液循环装置的出口连接，抛光液循环装置的进口与抛光液出口连接，抛光工具的下端处设有凹腔，凹腔内设有液流边界约束机构。本发明专利技术提高了工件的加工效率、精度，并扩展了加工材料的范围及面形适应性。

A highly effective ultra precision shear thickening chemical synergistic polishing device

The invention discloses a high efficiency ultra precision shearing and thickening chemical cooperative polishing device, which includes a polishing tool, a polishing tool fixture, a polishing fixing disc, a dustproof cover and a polishing liquid circulation device. The polishing solid disc is installed in a dust proof cover, a polishing tool fixture is provided on the dust shield, and the polishing tool is mounted on the polishing tool fixture. The polishing tool is set in the dust shield; the polishing tool includes the polishing liquid character adjustment chamber and the hollow tube. The upper end of the hollow tube is connected with the exit of the polishing liquid character adjustment chamber. The polishing liquid character adjustment chamber is connected to the exit of the polishing liquid circulation device. The import of the polishing liquid circulation device connects with the polishing liquid outlet, and the polishing tool is used. A concave cavity is arranged at the lower end, and a liquid flow boundary restraint mechanism is arranged in the concave cavity. The invention improves the machining efficiency and precision of the workpiece, and extends the scope of the processing material and the adaptability of the surface shape.

【技术实现步骤摘要】
一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光装置
本专利技术属于精密与超精密加工装置
，尤其是涉及一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光装置。
技术介绍
抛光一直都是超精密加工最主要的一种方法，主要作用是降低工件表面粗糙度、去除损伤层、修正面形误差，获得高精度和高表面质量的终加工手段。研究和开发高效、高质量、低成本超精密加工方法一直是抛光技术发展主要方向之一。科学技术的众多应用领域里，出现了诸如特种光学玻璃、蓝宝石、氮化硅、单晶硅、钽酸锂等各种硬脆或软脆性难加工材料；此外，各类科技产品的表面形状也越来越向曲面甚至复杂曲面延伸，进一步增加了其超精密加工的难度。曲面不仅包括圆柱面、球面等轴对称面形，还包括由多曲率的曲面组合以达到某些数学特征的高精度、追求功能与美学效果的复杂曲面，已经广泛成为现代高新
工业产品及其零部件的工作面。例如：复杂曲面航空发动机叶片可有效提高工作效能；非球面光学零件能够有效地矫正各种类型像差，大大提高了仪器与设备的识别能力；生物医用植入物、汽车零部件等越来越多的应用曲面外形，达到功能需求和美观性。目前开发的可用于多种材料（包含塑性、脆性、硬脆性、软脆性等难加工材料）、各类面形零件（非球面、异形面以及包含平面、柱面、球面等基础形面）精密加工或超精密抛光技术主主要包括计算机控制表面成型技术、磁场或电场辅助抛光、磨粒流加工、气囊抛光和化学机械抛光等。计算机控制表面成型技术属于传统的接触式抛光方法，一般是通过较小的抛光工具来适应工件曲面曲率的变化，以牺牲抛光效率来获得高的面形精度要求，但抛光工具曲率与被加工曲面曲率吻合差，影响了加工精度。磁场（或电场）辅助抛光方法是利用磁场（或电场）控制磁性磨粒或磁流变抛光液（或电流变液））对工件表面进行抛光，是一类高效、柔性的抛光方法，能够获得很好的加工效果，但其关键性的磁流变液制作成本与电流变抛光的电流变液、磁悬浮抛光用磁流体一样较为昂贵，使用成本制约了这类抛光方法的应用。磨粒流加工是通过复杂的磨粒流推动系统，将黏弹体（含磨粒）在一定压力下往复通过工件表面实现材料去除，工件材料去除效率较低，工件的表面质量受磨粒尺寸差异影响大。气囊抛光是使用一个气压可控的充气气囊作为抛光工具进行抛光加工，受加工工具尺寸限制，其仅可加工中-大口径面形工件，且边缘抛光精度控制较差。依靠磨粒-工件-环境之间的机械与化学作用，化学机械抛光利用含有磨料的化学抛光液实现了对蓝宝石、石英的超光滑、少/无损伤加工，且无需精度很高的抛光设备，但化学抛光液需要环保处理。电解抛光利用金属表面微观凸点在特定电解液中和适当电流密度下，发生阳极溶解的原理进行抛光，可以保证良好的加工精度和表面质量，获得较高的加工效率，成本较低，适用于金属工件。然而，电解抛光存在以下不足：对表面有序化组织敏感性较大；较难保持零件尺寸和几何形状的精确度；抛光后工件表面易存有斑点。弹性发射加工可获得超光滑无损表面，但材料去除量仅为原子级单位，加工效率低而受到应用限制；应力盘抛光优先去除表面最高点，能很好地控制中、高频误差，但主要用于超大型空间非球面镜的加工且成本高。已授权中国专利（ZL201210192915.8），专利名称：一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的超精密曲面抛光方法，主要是利用抛光液与工件接触部分受剪切而增稠，接触区域的抛光液的粘度增大，增强了对磨粒或微粉的把持力，抛光液中具有抛光作用的磨粒或微粉对工件产生微切削作用或化学机械作用实现工件表面材料的去除，从而实现对工件表面的抛光。已授权中国专利（ZL201310275700.7），专利名称：基于非牛顿流体剪切增稠机理的抛光装置，它包括带有计算机控制运行轨迹的抛光工具系统、用来提供性能稳定的非牛顿流体磨料液循环装置、工作台以及同各组件相连的控制系统。工作台可以装夹各类尺寸大小的工件，并且具有多个的自由度，便于适应各类面形抛光时所需要的工件位姿的变换。由于上述2项专利技术仅仅单纯依靠驱动抛光液槽使抛光液相对工件运动来相对被动地产生剪切增稠效应，难以形成对工件加工区域液膜的边界主动约束及流动轨迹的有效控制，虽然可以一定程度上降低塑性材料的柱面、球面等外圆面（或其它凸曲面）以及单晶硅片材料的表面粗糙度，但是加工效率尚需进一步提升，尤其对氮化硅、蓝宝石等硬脆性材料的加工质量与效率均有所限制，更难加工凹曲面零件（如蓝宝石材料曲面工件、轴承外圈滚道等），从而限制了可加工材料的范围；此外，存在着如何有效控制该方法的材料去除确定性来保证面形精度等问题，难以达到一些特殊加工要求。已授权中国专利（ZL201410436510.3），专利名称：基于非牛顿流体剪切增稠与电解复合效应的超精密加工方法，是一种基于非牛顿流体剪切增稠与电解效应的复合加工，必须使用导电电极等构件，解决电解抛光工件表面易存有斑点的问题，提高加工效率；但该方法对于可加工工件的面形适应性差，不能解决材料去除的确定性问题，难以实现工件材料的确定性抛光和高面形精度，所加工工件必须具有导电性能（如金属性导电材料），限制了可加工材料的范围，如不能加工导电类的金属塑性材料等等，此外，所存在的电解液属于非环保物质，依然对环境有一定的影响，增加了一定的绿色环保处理的成本，从而一定程度上提高了加工成本。已授权中国专利（ZL201410436897.2），专利名称：非牛顿流体剪切增稠与电解复合效应的超精密加工装置，包括抛光工具、抛光工具夹具、工件夹具和抛光池，所述工件夹具的导电件与电源阳极连接，所述抛光工具夹具的导电件与电源阴极连接。在具有剪切增稠效应的非牛顿流体中添加磨粒或微粉制备出抛光液，并添加电解液成分，使抛光液即具有电解作用又具有剪切增稠效果。电源通电后，在阳极工件与阴极抛光工具间产生电化学反应，工件表面的金属被电解溶解，随之工件表面会形成一层妨碍电化学反应的氧化膜。工件表面凸起处的氧化膜首先被磨掉，暴露出新鲜金属，电化学反应得以在凸起处继续进行。而凹陷处的氧化膜未被去除，化学反应受到阻碍，该处金属得到了保护。同时由于电流的尖峰效应，凸起处电场强度大，对金属的腐蚀能力也强，加上剪切增稠作用下磨粒对工件表面凸起处的去除作用更强，这几方面的共同作用影响，使得工件表面凸起处迅速被去除，表面粗糙度也迅速减小。该专利主要通过电解和剪切增稠效应，利用阳极工件与随极工具间的电化学反应来加工工件，因而对于导电性材料的加工具有一定的效果，但对于不能导电的诸如硬脆性等难加工材料却无法实现好的加工效果；且电解液不具备环保性质，后续处理成本高。已授权中国专利（ZL200610029268.3），专利名称：用于抛光低介电材料的抛光液，该抛光液包括磨料和水，还包括一种或多种金属螯合剂、唑类成膜剂和氧化剂，其能在较低的压力下具有较高的低介电材料的去除速率以及对其它材料的合适的抛光选择比，抛光后的表面光洁度较好。但这种抛光液仅用于抛光低介电材料，对于非低介电材料工件抛光质量不佳，加工材料范围小；没有对工件面形及精度进行控制，不能保证加工诸如曲面工件等面形；该专利技术具有螯合剂、唑类成膜剂和氧化剂等具有非环保性质的物质，并增加了抛光废液的处理环节与成本。已授权中国专利（201620670566.X），专利名称：一种高效硅片抛光机。该装置涉及动带轮通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效超精密剪切增稠‑化学协同抛光装置，其特征是：包括抛光工具、抛光工具夹具、抛光固动盘、防尘罩及抛光液循环装置，所述抛光固动盘安装在防尘罩内，抛光固动盘用于安装工件；所述的防尘罩上设有抛光工具夹具，抛光工具安装在抛光工具夹具上，抛光工具设置在防尘罩内，位于工件夹具的正上方；防尘罩底部设有抛光液出口；所述的抛光工具包括抛光液性状调节室和中空管，中空管上端与抛光液性状调节室出口连接，抛光液性状调节室进口与抛光液循环装置的出口连接，抛光液循环装置的进口与抛光液出口连接，所述的抛光工具的下端处设有凹腔，凹腔内设有液流边界约束机构，液流边界约束机构为设有孔隙的圆盘结构。

【技术特征摘要】
2018.01.31 CN 20181009655441.一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光装置，其特征是：包括抛光工具、抛光工具夹具、抛光固动盘、防尘罩及抛光液循环装置，所述抛光固动盘安装在防尘罩内，抛光固动盘用于安装工件；所述的防尘罩上设有抛光工具夹具，抛光工具安装在抛光工具夹具上，抛光工具设置在防尘罩内，位于工件夹具的正上方；防尘罩底部设有抛光液出口；所述的抛光工具包括抛光液性状调节室和中空管，中空管上端与抛光液性状调节室出口连接，抛光液性状调节室进口与抛光液循环装置的出口连接，抛光液循环装置的进口与抛光液出口连接，所述的抛光工具的下端处设有凹腔，凹腔内设有液流边界约束机构，液流边界约束机构为设有孔隙的圆盘结构。2.根据权利要求1所述的高效超精密剪切增稠-化学协同抛光装置，其特征是：所述液流边界约束机构由外向内包括孔隙层、环形空腔层及基盘；孔隙层内设有贯通两端面的孔隙，抛光液能够由贯通孔隙流出至待加工工件表面；环形空腔层为内部设有环形空腔的环状结构，环形空腔内装有气体、液体或空心固体；基盘安装在驱动机构上，驱动机构能够驱动基盘转动；基盘内设有空腔，基盘内的空腔通过设有阀门的管道与环形空腔连通，阀门上设有压力传感器控制阀门的开合；流边界约束机构外端与接触头连接，接触头连接驱动机构，驱动机构能够控制主动约束机构的约束基面上下运动或摆动。3.根据权利要求1所述的高效超精密剪切增稠-化学协同抛光装置，其特征是：所述的抛光液循环装置包括抛光液净化装置、抛光液温控调节装置、抛光液补给与绿色化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，黄振荣，董婷，邓朝晖，毛美姣，唐成，刘玲令，赵前程，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43