本发明专利技术涉及抛光领域，公开了一种流体线射流抛光装置及其应用方法，所述线射流喷嘴包括连接部、入口、壳体、汇集腔以及出口；其中，所述壳体设置在所述线射流喷嘴外部，所述汇集腔设置在所述线射流喷嘴内部，所述汇集腔的上部设有所述入口，所述入口处设有与所述高压抛光液供给系统相连的连接部，所述汇集腔的下部设有所述出口；所述出口的长度与宽度比值为2‑50；所述高压抛光液供给系统输出的高压抛光液通过所述入口，经所述汇集腔在所述出口喷射出高压高速的流体线性射流，产生比传统单射流抛光能量更高、比线性射流阵列抛光作用效果更加稳定的排线式射流。本发明专利技术设计合理、经济有效，在超精密抛光领域具有重要的推广应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种流体线射流抛光装置及其应用方法
本专利技术涉及抛光领域，更具体地说，是涉及一种流体线射流抛光装置及其应用方法。
技术介绍
旋转轴对称曲面(RAS)是指一条直线或曲线沿中心轴旋转可产生的曲面，在工业中得到广泛应用，如滚子表面、精密模具、圆柱形光学心轴等。在制造工艺上通常会对这类曲面进行抛光，以获得性能更好的高质量表面。随着工业技术的高速发展，目前抛光工艺已不仅仅针对于回旋体外表面，也能够处理各种复杂的曲面，比如说，流体射流抛光(FJP)作为一种极有前途的超精密抛光工艺，已成功应用于各种难加工材料制成的自由曲面(圆柱形光学芯头等)的超精加工。不同于传统的高压磨料水射流加工工艺，流体射流抛光(FJP)将水与磨料在浆体槽内进行彻底预混，并在低压环境(通常小于2.0MPa)下增压冲击目标表面。与其他抛光工艺相比，其独特的优点是在抛光过程中不升高温度，不磨损刀具，更适应各种自由曲面的加工，材料适用性更广。但流体射流抛光(FJP)的主要缺点体现在材料去除率低，难以用于大中型表面的抛光。虽然通过增加流体压力、磨料粒度和料浆浓度可以提高材料去除率，但是高流体压力和较大的磨料粒度会导致表面光洁度较差，而高浆体浓度不仅难以控制其稳定性，还会导致浆体系统堵塞。在此情况下，2005年W.A.C.M.Messelink等人尝试在流体射流中加入高压气体来提高抛光效率，但抛光后的表面存在严重的表面缺陷，表面光洁度远低于传统的流体射流抛光(FJP)。2017年A.Beaucamp等人更是创新性地采用超声空化现象辅助FJP，在不影响表面完整性的情况下，成功提高了材料去除率，在相同条件下，材料去除率约为流体射流抛光(FJP)的4倍。后来，有学者开发了能够提高FJP抛光效率的多射流抛光(MJP)方法，以大幅度提高材料去除率，所提高的效率几乎与多喷嘴的孔数成正比，多射流抛光(MJP)还可以有助于维护表面完整性。但是，流体射流之间的射流干涉会导致去除功能不连续，仍然不利于工件的均匀抛光。针对上述技术问题，本专利技术提出了一种流体线射流抛光工艺(FLJP)，该工艺不仅能够在保持表面完整性的情况下大幅提高流体射流抛光(FJP)的抛光效率，而且比线性分布的多射流抛光(MJP)更能实现均匀的材料去除。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是针对现有技术存在的问题，提供一种流体线射流抛光装置，以克服现有技术中材料去除率低、难以保持表面完整性的问题。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种流体线射流抛光装置，包括高压抛光液供给系统、线射流喷嘴，所述高压抛光液供给系统与所述线射流喷嘴相连；所述线射流喷嘴包括连接部、入口、壳体、汇集腔以及出口；其中，所述壳体设置在所述线射流喷嘴外部，所述汇集腔设置在所述线射流喷嘴内部，所述汇集腔的上部设有所述入口，所述入口处设有与所述高压抛光液供给系统相连的连接部，所述汇集腔的下部设有所述出口；所述出口的端部为细长的线孔，所述线孔长度与所述线孔宽度的比值为2-50；所述高压抛光液供给系统输出的高压抛光液通过所述入口，经所述汇集腔在所述出口喷射出高压高速的流体线性射流，从而对工件表面进行抛光。本专利技术结合了传统单喷抛光抛光效率低、线性射流阵列抛光均匀性差等问题，从物理结构进行考虑，将流体射流喷嘴内部设置汇集区域，并将喷嘴出口设置成细长型的线孔，从而产生比传统单射流抛光能量更高、比线性射流阵列抛光更加稳定的排线式流体射流，能够实现显著的抛光效率。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述线射流喷嘴出口端部的所述线孔长度与宽度比值为20-50。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述线孔包括两两对称的长直边，所述长直边之间采用圆弧或者直边连接，所述线孔的宽度小于1mm。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述流体线性射流的水压为0.4～2MPa。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述流体线性射流的组成部分为抛光液，所述抛光液由抛光磨料和水混合而成，其中所述抛光磨料的质量百分比在0.5％～20％之间，颗粒尺寸在0.005μm～20μm之间。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述线射流喷嘴采用耐磨金属或陶瓷材料制成。作为本专利技术装置的进一步优化方案，还包括工作台，所述工作台用于放置和固定待抛光工件。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述流体线性射流与待抛光工件之间的角度小于等于90度。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述抛光液供给系统依次包括位于所述工作台下方的抛光液收集槽、进液管道、高压泵以及出液管道；其中，所述抛光液收集槽侧壁底部连接有所述进液管道，所述进液管道通向高压泵，所述高压泵的出口处连接有所述出液管道，所述出液管道与所述线射流喷嘴的入口相连。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述工作台与所述抛光液收集槽之间设置有积液盘，用于收集从所述工作台溢流而出的抛光液与杂质混合物，所述积液盘底部设置有朝向所述抛光液收集槽的导流管，所述导流管内安装有滤网。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述积液盘的作用面积大于所述工作台的工作面积。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述抛光液收集槽内设有搅拌装置。作为本专利技术装置的进一步优化方案，所述出口还可以采用分体结构，通过在所述汇集腔下端安装有嵌块，所述嵌块上贯穿设有细长型的线孔，在这种情况下，所述嵌块采用耐磨金属或陶瓷材料制成，与之匹配的汇集腔材料则不需作具体限定。本专利技术的目的还在于提供一种应用于所述流体线射流抛光装置实现的流体线射流抛光方法。具体地说，本专利技术方法通过提高线射流喷嘴的长宽比，形成细长型的流体线性射流并以此冲击待抛光工件，高速的射流将速度传递给射流中的微纳米尺度的抛光粉，抛光粉高速冲击工件表面，并在流体的带动下，撞击后大部分沿着工件表面切向运动，实现材料的切向去除，从而实现纳米级抛光的效果。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术开发了一种新型的流体射流抛光工艺，通过将射流喷嘴内部设置成汇集腔体，并将出口改良成细长型的线孔，两者结合，产生比传统单射流抛光能量更高的直排线式线射流，在相同加压条件下显著提高了流体射流的抛光强度，并起到均匀而稳定的材料去除效果，本专利技术设计合理、经济有效，在超精密抛光工艺领域具有重要的推广应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术装置的结构示意图；图2(a)为本专利技术装置的正向抛光角度示意图；图2(b)为本专利技术装置的倾斜抛光角度示意图；图3为本实施例的线射流喷嘴的示意图；图4为本实施例的线射流喷嘴的剖面图；图5为本实施例的线射流喷嘴的俯视图；图6(a)为本实施例的线射流喷嘴出口形状的示意图；图6(b)为另一实施例的线射流喷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种流体线射流抛光装置，包括高压抛光液供给系统、线射流喷嘴，所述高压抛光液供给系统与所述线射流喷嘴相连；其特征在于：所述线射流喷嘴包括连接部、入口、壳体、汇集腔以及出口；其中，所述壳体设置在所述线射流喷嘴外部，所述汇集腔设置在所述线射流喷嘴内部，所述汇集腔的上部设有所述入口，所述入口处设有与所述高压抛光液供给系统相连的连接部，所述汇集腔的下部设有所述出口；/n所述出口的端部为细长的线孔，所述线孔长度与所述线孔宽度的比值为2-50；/n所述高压抛光液供给系统输出的高压抛光液通过所述入口，经所述汇集腔在所述出口喷射出高压高速的流体线性射流，从而对工件表面进行抛光。/n
【技术特征摘要】
1.一种流体线射流抛光装置，包括高压抛光液供给系统、线射流喷嘴，所述高压抛光液供给系统与所述线射流喷嘴相连；其特征在于：所述线射流喷嘴包括连接部、入口、壳体、汇集腔以及出口；其中，所述壳体设置在所述线射流喷嘴外部，所述汇集腔设置在所述线射流喷嘴内部，所述汇集腔的上部设有所述入口，所述入口处设有与所述高压抛光液供给系统相连的连接部，所述汇集腔的下部设有所述出口；
所述出口的端部为细长的线孔，所述线孔长度与所述线孔宽度的比值为2-50；
所述高压抛光液供给系统输出的高压抛光液通过所述入口，经所述汇集腔在所述出口喷射出高压高速的流体线性射流，从而对工件表面进行抛光。
2.根据权利要求1所述的流体线射流抛光装置，其特征在于：所述线射流喷嘴出口端部的所述线孔的长度与宽度比值为20-50。
3.根据权利要求2所述的流体线射流抛光装置，其特征在于：所述线孔包括两两对称的长直边，所述长直边之间采用圆弧或者直边连接，所述线孔的宽度小于1mm。
4.根据权利要求1所述的流体线射流抛光装置，其特征在于：所述流体线性射流的水压为0.4～2MPa。
5.根据权利要求4所述的流体线射流抛光装置，其特征在于：所述流体线性射流的组成部分为抛光液，所述抛光液由抛光磨料和水混合而成，其中所述抛光磨料的质量百分比在0.5％～20％之间，颗粒尺寸在0.005μm～20μm之间。
【专利技术属性】
技术研发人员：王春锦，张志辉，何丽婷，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81
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