一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法技术

本发明专利技术公开一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法，采用步骤：将待加工工件放在装有抛光液的敞口容器中；在待加工工件的上方放置通过移动可水平或垂直变换位置的球壳压电换能器，且该球壳压电换能器始终浸在所述抛光液中并且凹面指向待加工工件的待处理面；启动超声电源产生高频电激励所述球壳压电换能器产生超声振动，根据预设的加工路径以及各个加工点的超声波聚焦的停留时间，移动所述球壳压电换能器，通过抛光液的传递将超声振动聚焦于待加工件上，对待加工件的表面进行抛光。本发明专利技术能实现对工件表面进行精确修正。

【技术实现步骤摘要】
一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法
本专利技术涉及精零件抛光
，具体涉及一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，现代机械产品在致力于提高加工精度的同时，更注重提高零件表层质量和表面完整性，以能提高产品性能的稳定性和可靠性。传统的加工方法在加工过程中无法对加工过程和主要的参数进行精密的控制以致无法实现确定性的加工，因为其无法实现确定性就不可能很好的对实验的过程进行精确的控制与预测，实现确定性对整个加工过程具有至关重要的作用。而抛光作为加工过程的最后一步更需要实现其确定性，只有这样才能更好的提高工件表面的质量，确定性抛光研究的主要内容是采取各种各样的手段对诸如抛光速率、倾斜角度、抛光液浓度等因素对实现确定性抛光的影响。为了对工件实现确定性抛光，近几年出现了不少的确定性抛光方法，比较典型的有：磁流变抛光、离子束抛光、磁射流抛光、气囊抛光等确定性抛光方法。流体振动抛光(PolishingbasedVibrationofLiquidPVL)相较于其他加工方法，抛弃了传统超光滑表面流体抛光技术所采用的抛光磨盘，而是将工件直接浸泡在抛光液中，以流体作为抛光工具。流体振动抛光主要是利用超声换能器向液体辐射高频超声波，利用超声振动产生的压力场和流场，驱动抛光液冲刷工件的表面。一方面，在抛光液中的游离抛光磨粒在超声激振的状态下互相高速碰撞，而且对工件表面进行反复的研磨冲击；而另一方面，超声波在抛光液中传播且声压幅超过空化阈值时，将产生强烈的瞬态空化效应，工件表面附近产生局部的能量集中，引发高温、高压、冲击波和高速射流等极端现象，这些微射流配合磨粒的高频运动就可以有效的实现材料的去除。但是这种超声流体抛光方法的缺点是：加工工件完全浸没在抛光槽中，这样激振的磨料和激射流会对整个工件的各个表面进行材料去除，而且各个部位的去除量都难以控制，所以当前的超声流体振动抛光方法无法对工件表面进行高质量的修正，实现确定性抛光。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法，其可以有效地克服当前流体振动抛光方法的不足，同时提高流体振动抛光方法对工件表面修正的质量和效率。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法，采用以下步骤进行：将待加工工件放在装有抛光液的敞口容器中；在待加工工件的上方放置通过移动可水平或垂直变换位置的球壳压电换能器，且该球壳压电换能器始终浸在所述抛光液中并且凹面指向待加工工件的待处理面；启动超声电源产生高频电激励所述球壳压电换能器产生超声振动，根据预设的加工路径以及各个加工点的超声波聚焦的停留时间，移动所述球壳压电换能器，通过抛光液的传递将超声振动聚焦于待加工件上，对待加工件的表面进行抛光。所述抛光液中的抛光颗粒包括氧化铈、氧化铝、氧化硅或者是纳米金刚石。所述球壳压电换能器的底部与待加工工件间的距离范围为10mm至0.5m之间。所述球壳压电换能器发出的超声波频率范围为200KHz到10MHz之间。所述球壳压电换能器的球壳厚度为0.4mm到2.5mm。本专利技术通过利用球壳压电换能器对于超声波的汇聚作用，将压电陶瓷片产生的超声波聚焦于工件表面修正点，同时可以通过调整球壳压电换能器与加工工件的距离实现对加工区域大小和强度的控制，从而可以实现根据工件加工点驻留的时间以控制工件的加工精度。附图说明图1为本专利技术基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光工作示意图；图2为本专利技术的球壳压电换能器的示意图；图3为本专利技术的球壳压电换能器与待加工工件的最优距离示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1-3所示，一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法，采用以下步骤进行：将待加工工件放在装有抛光液3的敞口容器2中；在待加工工件5的上方放置通过移动可水平或垂直变换位置的球壳压电换能器4，且该球壳压电换能器始终浸在所述抛光液中并且凹面指向待加工工件的待处理面；启动超声电源1产生高频电激励所述球壳压电换能器产生超声振动，根据预设的加工路径以及各个加工点的超声波聚焦的停留时间，移动所述球壳压电换能器，通过抛光液的传递将超声振动聚焦于待加工件上的各个加工点，对待加工件的表面上各点进行抛光处理。本专利技术中，所述的超声电源能驱动球壳压电换能器产生超声振动，而且球壳压电换能器还能直接将其产生的超声波会聚于抛光点对工件进行加工。优选的，所述球壳压电换能器为球壳形状，由陶瓷换能片制作形成，壳体的厚度一致，其球壳压电换能器的底部与待加工工件间的距离范围为10mm至0.5m之间。优选的，所述球壳压电换能器发出的超声波频率范围为200KHz到10MHz之间。当超声频率在200KHz到850KHz之间时，主要是利用空化作用和声压驱动进行抛光加工；当超声频率在850KHz到20MHz频率范围内时，主要利用声压驱动流体流动来抛光。因此，本专利技术选择在球壳压电换能器发出的超声波频率范围为200KHz到10MHz之间。优选的，所述球壳压电换能器的球壳厚度为0.4mm到2.5mm。具体的，对工件抛光之前，先需要根据球壳压电换能器的曲率半径R(即球壳压电换能器的焦距f)确定工件和球壳压电换能器的相对位置，这样才能将超声波准确聚焦于待加工件的加工区域上；之后将球壳压电换能器产生的超声振动传递给流体，由流体带动抛光颗粒振动来对工件表面上各点通过超声波聚焦进行点对点的修正，并且通过控制球壳压电换能器与工件的相对位置来调整工件的加工区域大小和加工强度，同时根据超声波聚焦在工件各加工点的驻留时间实现对工件表面进行精密的修正。作为一种最优选，在具体使用时，选择所述球壳压电换能器与待加工件的推荐距离D＝R，也即最优距离应等于球壳压电换能器的球面曲率半径R，即焦距f，因为此处为超声声强最大处，推荐采用此距离获取最大去除效率。抛光时，需要将敞口容器2固定于数控机床上，将待加工件5固定于敞口容器2底部，再把抛光液3倒入敞口容器2中，且液面需略高于球壳压电换能器4的顶部，之后球壳压电换能器4置于待加工件5的正上方，而且距离应等于焦距f，再根据待加工件5表面的面形误差计算出在各点超声聚焦驻留时间和规划最优加工路径，形成加工方案，最后将加工方案导入数控机床并对待加工件5的形面进行精确的修正。另外上，所述的球壳压电换能器4也可以是固定于可灵活调整移动的工业机器人机械臂上，通过调整机械臂来控制球壳压电换能器垂直于工件表面并调整超声波会聚的焦点位置。这样能够适应复杂曲面表面，灵活控制超声波加工工件表面的区域大小和强度。其中，所述抛光液中的抛光颗粒包括氧化铈、氧化铝、氧化硅或者是纳米金刚石的一种或几种的混合。需要说明的是，本专利技术既可适用于精确面形修正，也可适用于普通表面抛光。综上可以看出，本专利技术通过利用球壳压电换能器产生的超声波，并通过抛光液传递超声振动实现在工件表面加工点聚焦，这样就可以精确定位球壳压电换能器与工件的相对位置，然后通过调整球壳压电换能器与工件的相对位置，并通过控制超声波在聚焦点的驻留时间，即可有效地控制抛光加工的区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法，其特征在于，采用以下步骤进行：将待加工工件放在装有抛光液的敞口容器中；在待加工工件的上方放置通过移动可水平或垂直变换位置的球壳压电换能器，且该球壳压电换能器始终浸在所述抛光液中并且凹面指向待加工工件的待处理面；启动超声电源产生高频电激励所述球壳压电换能器产生超声振动，根据预设的加工路径以及各个加工点的超声波聚焦的停留时间，移动所述球壳压电换能器，通过抛光液的传递将超声振动聚焦于待加工件上，对待加工件的表面进行抛光。

【技术特征摘要】
1.一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法，其特征在于，采用以下步骤进行：将待加工工件放在装有抛光液的敞口容器中；在待加工工件的上方放置通过移动可水平或垂直变换位置的球壳压电换能器，且该球壳压电换能器始终浸在所述抛光液中并且凹面指向待加工工件的待处理面；启动超声电源产生高频电激励所述球壳压电换能器产生超声振动，根据预设的加工路径以及各个加工点的超声波聚焦的停留时间，移动所述球壳压电换能器，通过抛光液的传递将超声振动聚焦于待加工件上，对待加工件的表面进行抛光。2.如权利要求1所述基于球壳压电换能器的超声聚焦流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓峰，杨强，曹中臣，林彬，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12