浸没式气射流驱动抛光设备及抛光方法技术

本发明专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光设备及抛光方法，抛光设备包括容器，包括工作腔，用于在工作腔中盛放抛光液并在工作时浸没工件和喷嘴；喷嘴，包括喷气口，喷嘴设置于工作腔内并在工作状态下浸没于工件上方的抛光液中，并且由喷气口朝向工件表面形成气射流；气源，连接到喷嘴的喷气口用于向喷嘴供气以由喷气口形成气射流。本发明专利技术方案属于柔性非接触抛光，可以实现各种自由曲面尤其是复杂型腔内表面的高精度高质量抛光。

Immersion air jet driven polishing equipment and polishing method

【技术实现步骤摘要】
浸没式气射流驱动抛光设备及抛光方法
本专利技术于属于精密超精密非接触子孔径抛光技术，涉及一种浸没式气射流驱动的超精密抛光设备及方法，特别涉及自由曲面及复杂型腔内表面的高效、超精密抛光设备及抛光方法。
技术介绍
近年来，航空航天、军事、尖端医疗、日用商品等领域对非球面，自由曲面的需求与日俱增。这些曲面往往集功能性和便捷性于一身。特别是在光学领域，对于光学元件在全频率范围内有着极其严格的要求以降低散射，提高成像质量。另外，现代化工业产品的工业模具往往具有复杂内腔，孔道及沟槽，这位其高精度，高质量的表面加工提出严峻的挑战。传统抛光方法已不能满足要求。对于抛光，一方面又要求富有柔性且低成本，另一方面要求高的表面质量。富有柔性的抛光，意味着刀具影响函数的体积去除率可以根据工艺需要大范围的可控调节，低成本要求抛光设备简单，便于维护，高的表面质量就要求工艺稳定可控且抛光工具对复杂曲面具有很好的贴合性。现有的接触式超精密抛光方法由于存在空间限制，极易磨损等问题，无法对型腔内表面，孔道，沟槽等实施有效抛光。为此，一些非接触式抛光技术得到越来越多的研究，其中根据抛光接触区域的大小分为非子孔径和子孔径抛光。非子孔径抛光作用面积大，难以实现定点抛光去除。例如，磨粒流抛光是通过载有磨料的黏弹体在压力下反复通过工件表面实现抛光加工，其优点是可以实现工件内腔，孔道及沟槽的抛光，但其需要复杂的磨粒流循环推动系统，另外表面质量的一致性难以控制且工件抛光效率较低。电解抛光加工表面质量好，加工效率高，但电解液环境友好度低且对工件材料有所限制。李敏等人提出剪切增稠抛光属于一中低成本高效率的抛光，但由于抛光面积大，存在表面质量一致性控制难题且无法实现确定性面型校正。流体喷射抛光作为一种子孔径非接触式抛光，它是将混有磨粒的流体在一定的压力下通过喷嘴喷射而出并作用于工件表面，实现材料去除。在此基础上发展出了磁射流抛光，淹没射流抛光，空化射流抛光等。这些抛光方法，都需要事先将磨粒均匀的分散到要喷射的流体当中，然后由喷嘴喷射而出。这些方法有的成本较高，有的效果不佳。例如，磁射流抛光是借助磁场作用下流变液体发生流变特性的改变而引起的磨抛颗粒的重排集聚特性，形成柔性的抛光头对工件表面进行高质量抛光，但其使用的磁流变液体成本高、难回收、对工具极的制造要求高(附加额外的磁场装置)。空化射流是将气体混入流体中产生密集的气泡随喷嘴喷射而出，在空化作用下对材料进行高效率去除，然而这种去除方式会恶化表面粗造度，并且去除率不稳定，难以控制。另外，这些方法都需要复杂的循环过滤系统及混合搅拌装置，并对喷嘴的耐磨损性能有较高的要求。这种喷嘴往往需要采用金刚石或红宝石镶嵌并由激光加工而成，以免在高速磨粒的冲蚀下快速磨损。另外，小口径喷嘴极易发生堵塞，影响工艺稳定。综上所述，现有的高精密抛光方法，难以对自由曲面特别是对复杂型腔内表面及沟槽实施有效抛光，并且设备复杂度高，抛光及维护成本高，迫切需要一种设备简单，成本低廉，工艺稳定可控，且可以实现面型校正的高质量、超精密子孔径抛光技术。明内容本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光设备及抛光方法是将不混合磨粒的气体从喷嘴溢出，因此不存在喷嘴磨损及堵塞问题。此外，抛光设备不需要复杂的液体循环，搅拌、冷却及过滤装置。本专利技术不存在传统意义上的抛光头，属于柔性非接触抛光，可以实现各种自由曲面尤其是复杂型腔内表面的高精度高质量抛光。另外，本专利技术的抛光方法属于子孔径抛光范畴，可实现确定性抛光。因此具有极大的经济效益和社会效益。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光设备，包括容器，包括工作腔，用于在工作腔中盛放抛光液并在工作时浸没工件和喷嘴；喷嘴，包括喷气口，喷嘴设置于工作腔内并在工作状态下浸没于工件上方的抛光液中，并且由喷气口朝向工件表面形成气射流；气源，连接到喷嘴的喷气口用于向喷嘴供气以由喷气口形成气射流。优选地，由喷气口形成的气射流为非恒压气射流，也就是气射流的出口压力为非恒压的。这种非恒压的气射流可以通过调节包括喷嘴在内的供气管路的某一处的口径来实现，如喷气口的口径而实现，也可以在气源处设置气压调节装置，比如设置调压泵，调节气源供气的压力而实现。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光设备的一种改进，工作状态下，喷气口与工件表面所形成的喷射距离为0.1-5mm。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光设备的一种改进，工作状态下，喷气口的中心线与工件表面所形成的喷射角为60-90度。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光设备的一种改进，喷气口的直径为0.1-2mm。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光设备的一种改进，工作状态时，喷气口出射形成气射流的压力为4bar-20bar。优选为，喷气口的出射界面即形成抛光液-气流-喷嘴三相界面附近的压力和温度，即气射流的出口压力和温度。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光设备的一种改进，工作状态时，喷气口出射形成气射流的温度为0℃～30℃。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光方法，至少包括如下步骤：准备步骤：抛光液、工件准备；抛光准备步骤：盛放有抛光液的容器，工件至少其待抛光面浸没于抛光液中；抛光步骤：容器中的抛光液中形成由气源输出形成气射流，气射流冲击方向指向工件的抛光面；从而抛光液可以在气射流的驱动下对抛光面进行抛光。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光方法的一种改进，抛光液为包括由磨料的牛顿流体或者非牛顿流体。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光方法的一种改进，气射流的出口压力为4bar-20bar。本专利技术公开的浸没式气射流驱动抛光方法的一种改进，气射流的出口温度为0℃～30℃。本专利技术浸没式气射流驱动抛光技术方案的具体地讲：将工件浸没在盛有抛光液的容器中；喷嘴全部或者部分浸入到抛光液中并与工件表面保持一定距离，并呈垂直角度或者倾斜角度；加压后的气体通过喷嘴溢出；高速气体驱动工件表面附近抛光液中磨粒运动；抛光过程中，喷嘴与工件表面相对移动，驱动磨粒与工件持续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，从而完成对工件表面的抛光。抛光方法通过以下步骤实现：一、将待抛光工件放入容器中；二、找正喷嘴与工件的相对位置包括距离和倾斜角度，并往容器中注入抛光液，确保其能够浸没工件及喷嘴；三、打开气压泵，调整好压力；四、手动或者自动开启喷嘴的气路控制阀门，使气体从喷嘴溢出，同时运动机构动作，使工件与喷嘴按照规划好的路径运动实施抛光；四、抛光结束，关闭喷嘴气阀，从容器中抽离抛光液，取出工件，完成工件曲面的抛光。喷嘴与工件一同浸没在抛光液中，加压后气体从喷嘴溢出，驱动磨粒作用于工件表面。抛光液基体既可以是牛顿流体也可以是非牛顿流体。抛光液中磨粒在气流的驱动下即可以与工件材料发生机械去除，也可以发生化学机械去除。加压气体即可以是过滤后的空气等多种气体的混合，也可以是氮气，二氧化碳等单一无害安全气体。加压气体的压力范围为4bar到20bar之间，气体温度在0℃～30℃之间。加压气体的压力可以是恒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.浸没式气射流驱动抛光设备，包括/n容器，包括工作腔，用于在工作腔中盛放抛光液并在工作时浸没工件和喷嘴；/n喷嘴，包括喷气口，喷嘴设置于工作腔内并在工作状态下浸没于工件上方的抛光液中，并且由喷气口朝向工件表面形成气射流；/n气源，连接到喷嘴的喷气口用于向喷嘴供气以由喷气口形成气射流。/n

【技术特征摘要】
1.浸没式气射流驱动抛光设备，包括
容器，包括工作腔，用于在工作腔中盛放抛光液并在工作时浸没工件和喷嘴；
喷嘴，包括喷气口，喷嘴设置于工作腔内并在工作状态下浸没于工件上方的抛光液中，并且由喷气口朝向工件表面形成气射流；
气源，连接到喷嘴的喷气口用于向喷嘴供气以由喷气口形成气射流。


2.根据权利要求1所述的浸没式气射流驱动抛光设备，其特征在于，工作状态下，所述喷气口与工件表面所形成的喷射距离为0.1-5mm。


3.根据权利要求2所述的浸没式气射流驱动抛光设备，其特征在于，工作状态下，所述喷气口的中心线与工件表面所形成的喷射角为60-90度。


4.根据权利要求1所述的浸没式气射流驱动抛光设备，其特征在于，所述喷气口的直径为0.1-2mm。


5.根据权利要求1-4任一所述的浸没式气射流驱动抛光设备，其特征在于，工作状态时，所述喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩艳君，张雷，樊成，安东尼布康，朱吴乐，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32