本发明专利技术公开了一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光方法及装置，属于精密与超精密加工技术领域，包括装置支撑单元、气囊抛光单元和静电喷雾单元。利用静电喷雾沉积纳米颗粒的特点，可直接在气囊表面均匀稳定地沉积含有磨粒的微小液滴，同时在紫外光的照射下，光固化形成一层致密均匀的抛光膜，解决了传统气囊抛光过程中抛光膜磨损严重、更换复杂的问题；涂有抛光膜的气囊可以对工件表面进行原位抛光，操作工序简单，适用于多种曲面元件的高精度、高质量、高效率抛光加工。
【技术实现步骤摘要】
一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光方法及装置
本专利技术属于精密与超精密加工
，尤其涉及一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光方法及装置。
技术介绍
英国伦敦光学实验室和Zeeko公司于2000年开发了以球形状柔性膜为核心构件的气囊抛光工具。该工具的头部是一个空心气囊，对其加压可在抛光头处形成柔性抛光工作面，它可以与曲率变化的自由曲面形成大面积均匀接触，根据被抛光曲面的曲率和粗糙度要求，通过控制气囊的压力在线调整抛光工具工作面的柔性，从而有效地解决了非球面类型的曲面抛光过程中抛光工具与工件表面接触不匹配的问题，获得高精度、高质量、高效率的抛光效果。柔性气囊的最外层是一层抛光膜，厚度通常约为0.8mm，在气囊抛光工作过程中磨损最为严重，因此需要定期更换抛光膜，以确保气囊能够正常工作，延长使用寿命。但是，更换抛光膜不仅需要对气囊抛光工具进行拆装，还易使气囊的密闭性下降，造成漏气等安全事故，严重影响工件的抛光加工。静电喷雾能够产生均匀的纳米到微米级的小液滴，是一种新型的薄膜制备技术。它的基本过程是：在高压电场作用下，含有磨粒的功能混合液通过喷嘴喷出，受空间电荷效应影响，液体破碎形成均匀细小的微液滴，最终沉积至目标处。静电喷雾具有沉积纳米颗粒的特点，生成的液滴粒径小且均匀，具备较强的稳定性与可控性，因此，将静电喷雾应用于气囊抛光膜层的制备，具有一定的应用价值。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光方法及装置。本专利技术将静电喷雾与气囊抛光方法相结合，利用静电喷雾沉积纳米颗粒的特点，可直接在气囊表面均匀稳定地沉积含有磨粒的微小液滴，同时在紫外光的照射下，光固化形成一层抛光膜。相较于传统的更换抛光膜的方式，该方法操作简便，制备的抛光膜层厚度均匀，大幅延长气囊的使用寿命。并且，涂有抛光膜的气囊可以对工件表面进行原位抛光，操作工序简单，解决了传统气囊抛光过程中加工效率低、表面加工不均匀的问题。本专利技术工艺过程简单，适合多种曲面抛光。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光装置，其特征在于，包括装置支撑单元、气囊抛光单元和静电喷雾单元。所述装置支撑单元包括上部支撑板、中部支撑板、扇形挡板、立柱和底座；所述上部支撑板可上下移动，来调整喷嘴与气囊装置的距离；所述中部支撑板的中心位置有圆形通孔，工件通过圆形通孔上下移动，与橡胶气囊接触进行原位抛光；所述扇形挡板安装在中部支撑板上，可绕轴旋转，用于在静电喷雾过程中覆盖圆形通孔；所述立柱底部连接有底座，中部固定有中部支撑板，上方滑动连接有上部支撑板。所述气囊抛光单元包括电动机Ⅰ、气囊旋转轴、工件、工作台、传动带、电动机Ⅱ、导气软管、气泵、空气、气囊装置、轴承支座、直导气管和压力表；所述工作台包括载物台、丝杠、滑台、长导轨、载物台控制器、连接支座和短导轨；所述电动机Ⅰ可调节转速带动气囊旋转轴旋转；所述气囊旋转轴位于中部支撑板上方中心位置，由连接轴Ⅰ、空心套管和连接轴Ⅱ组成，连接轴Ⅰ一端与电动机Ⅰ相连，另一端与空心套管连接，空心套管的外壁套有气囊装置，连接轴Ⅱ一端与空心套管连接，另一端安装在轴承支座内；所述工件为凹面工件或凸面工件，安放于载物台内进行抛光工序；所述载物台控制器可控制载物台升降与水平移动；所述连接支座与底座连接；所述电动机Ⅱ可调节转速，通过传动带旋转丝杠，可以使滑台沿长导轨作直线往复运动；所述导气软管一端与气泵相连，另一端接直导气管，输送空气；所述气泵位于底座一侧；所述气囊装置由紧箍环Ⅰ、橡胶气囊和紧箍环Ⅱ组成。所述静电喷雾单元包括电极线Ⅰ、高压静电发生器、电极线Ⅱ、输液管、储液筒、注射泵、喷嘴、环形电极、环形固化灯、喷雾、抛光膜和粘结剂；所述电极线Ⅰ接高压静电发生器的接地端，并与环形电极相连；所述电极线Ⅱ接高压静电发生器的负极，并与喷嘴相连；所述喷嘴固定在上部支撑板中心位置，通过输液管与储液筒连接；所述注射泵连通有储液筒；所述环形固化灯安装在上部支撑板中心位置，其顶部中心位置接环形电极；所述粘结剂在静电喷雾工序前被喷涂在橡胶气囊表面。进一步的改进，所述中部支撑板在三个方位各切掉部分圆弧形材料，减轻装置重量，便于装卸工件。进一步的改进，所述气囊旋转轴的连接轴Ⅰ为实心轴，一端部开有螺纹孔，与电动机Ⅰ连接；连接轴Ⅱ中心有通孔，作为空气流道；空心套管的管壁有两个对称的凹槽，起到定位和提升气囊密闭性的作用，且空心套管的中心位置有一对气孔；连接轴Ⅰ与空心套管、空心套管与连接轴Ⅱ均为螺纹连接，装卸气囊便捷。进一步的改进，所述高压静电发生器电压调节范围为-15kV～0；所述注射泵为微量注射泵，流量范围为0～100ml/h；所述喷嘴内径为0.5mm～1.0mm；所述环形电极内径范围是25mm～30mm。进一步的改进，所述储液筒内装有静电光固化混合液，静电光固化混合液包括微粉磨粒、光固化树脂、去离子水和添加剂，四者的质量分数分别为15％～20％、45％～50％、20％～30％、10％～20％；所述微粉磨粒包括金刚石、二氧化硅、碳化硅中的一种或任意混合；所述添加剂为无水乙醇、煤油、吐温中的一种或任意混合。进一步的改进，所述粘结剂为环氧树脂或丙烯酸树脂中的一种。进一步的改进，所述环形固化灯包括连接横梁、连接杆、灯罩、紫外灯和紫外光；所述紫外灯与灯罩的内壁呈135°夹角，让紫外光集中照射在橡胶气囊表面，提升光固化速率。本专利技术提供一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将微粉磨粒、光固化树脂、去离子水和添加剂按一定质量比均匀混合搅拌，制备均匀分散的静电光固化混合液，装入储液筒中；步骤二、将橡胶气囊套在空心套管中心处，用紧箍环将橡胶气囊两端锁紧在空心套管凹槽处，接着将组装好的气囊旋转轴与电动机Ⅰ、轴承支座连接组装，启动气泵充气，同时观察压力表的示数，确认气囊装置是否漏气；步骤三、旋转扇形挡板，使其覆盖中部支撑板的圆形通孔；调整喷嘴与橡胶气囊的垂直距离；步骤四、启动电动机Ⅰ，调整转速；打开环形固化灯；在橡胶气囊表面预先喷涂一层粘结剂；启动注射泵，静电光固化混合液经输液管输送到喷嘴，通过高压静电发生器向喷嘴和环形电极施加电压，使静电光固化混合液雾化；喷雾均匀沉积在匀速旋转的橡胶气囊表面，在紫外光的照射下，固化成一层抛光膜；10min后，关闭高压静电发生器、注射泵与环形固化灯；步骤五、打开扇形挡板，提高电动机I转速；将工件放置在载物台内，启动电动机Ⅱ，滑台移动至橡胶气囊正下方，载物台控制器根据工件的抛光面形状，上升载物台并实时调整工件的位置；滑台带动工件沿X轴方向往复运动进行抛光；步骤六、当工件的表面符合加工要求后，下降载物台，关闭电动机I和电动机Ⅱ，停止运动进给和旋转，取出工件，关闭扇形挡板。可选地，步骤四中，启动电动机I，调整转速为20r/min～30r/min。可选地，步骤五中，提高电动机I转速至150r/min～300r/min；工件沿X轴方向往复运动的速度为100mm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光装置，其特征在于，包括装置支撑单元、气囊抛光单元和静电喷雾单元；/n所述装置支撑单元包括上部支撑板、中部支撑板、扇形挡板、立柱和底座；所述上部支撑板可上下移动，来调整喷嘴与气囊装置的距离；所述中部支撑板的中心位置有圆形通孔，工件通过圆形通孔上下移动，与橡胶气囊接触进行原位抛光；所述扇形挡板安装在中部支撑板上，可绕轴旋转，用于在静电喷雾过程中覆盖圆形通孔；所述立柱底部连接有底座，中部固定有中部支撑板，上方滑动连接有上部支撑板；/n所述气囊抛光单元包括电动机Ⅰ、气囊旋转轴、工件、工作台、传动带、电动机Ⅱ、导气软管、气泵、空气、气囊装置、轴承支座、直导气管和压力表；所述工作台包括载物台、丝杠、滑台、长导轨、载物台控制器、连接支座和短导轨；所述电动机Ⅰ可调节转速带动气囊旋转轴旋转；所述气囊旋转轴位于中部支撑板上方中心位置，由连接轴Ⅰ、空心套管和连接轴Ⅱ组成，连接轴Ⅰ一端与电动机Ⅰ相连，另一端与空心套管连接，空心套管的外壁套有气囊装置，连接轴Ⅱ一端与空心套管连接，另一端安装在轴承支座内；所述工件为凹面工件或凸面工件，安放于载物台内进行抛光工序；所述载物台控制器可控制载物台升降与水平移动；所述连接支座与底座连接；所述电动机Ⅱ可调节转速，通过传动带旋转丝杠，可以使滑台沿长导轨作直线往复运动；所述导气软管一端与气泵相连，另一端接直导气管，输送空气；所述气泵位于底座一侧；所述气囊装置由紧箍环Ⅰ、橡胶气囊和紧箍环Ⅱ组成；/n所述静电喷雾单元包括电极线Ⅰ、高压静电发生器、电极线Ⅱ、输液管、储液筒、注射泵、喷嘴、环形电极、环形固化灯、喷雾、抛光膜和粘结剂；所述电极线Ⅰ接高压静电发生器的接地端，并与环形电极相连；所述电极线Ⅱ接高压静电发生器的负极，并与喷嘴相连；所述喷嘴固定在上部支撑板中心位置，通过输液管与储液筒连接；所述注射泵连通有储液筒；所述环形固化灯安装在上部支撑板中心位置，其顶部中心位置接环形电极；所述粘结剂在静电喷雾工序前被喷涂在橡胶气囊表面。/n...
【技术特征摘要】
1.一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光装置，其特征在于，包括装置支撑单元、气囊抛光单元和静电喷雾单元；
所述装置支撑单元包括上部支撑板、中部支撑板、扇形挡板、立柱和底座；所述上部支撑板可上下移动，来调整喷嘴与气囊装置的距离；所述中部支撑板的中心位置有圆形通孔，工件通过圆形通孔上下移动，与橡胶气囊接触进行原位抛光；所述扇形挡板安装在中部支撑板上，可绕轴旋转，用于在静电喷雾过程中覆盖圆形通孔；所述立柱底部连接有底座，中部固定有中部支撑板，上方滑动连接有上部支撑板；
所述气囊抛光单元包括电动机Ⅰ、气囊旋转轴、工件、工作台、传动带、电动机Ⅱ、导气软管、气泵、空气、气囊装置、轴承支座、直导气管和压力表；所述工作台包括载物台、丝杠、滑台、长导轨、载物台控制器、连接支座和短导轨；所述电动机Ⅰ可调节转速带动气囊旋转轴旋转；所述气囊旋转轴位于中部支撑板上方中心位置，由连接轴Ⅰ、空心套管和连接轴Ⅱ组成，连接轴Ⅰ一端与电动机Ⅰ相连，另一端与空心套管连接，空心套管的外壁套有气囊装置，连接轴Ⅱ一端与空心套管连接，另一端安装在轴承支座内；所述工件为凹面工件或凸面工件，安放于载物台内进行抛光工序；所述载物台控制器可控制载物台升降与水平移动；所述连接支座与底座连接；所述电动机Ⅱ可调节转速，通过传动带旋转丝杠，可以使滑台沿长导轨作直线往复运动；所述导气软管一端与气泵相连，另一端接直导气管，输送空气；所述气泵位于底座一侧；所述气囊装置由紧箍环Ⅰ、橡胶气囊和紧箍环Ⅱ组成；
所述静电喷雾单元包括电极线Ⅰ、高压静电发生器、电极线Ⅱ、输液管、储液筒、注射泵、喷嘴、环形电极、环形固化灯、喷雾、抛光膜和粘结剂；所述电极线Ⅰ接高压静电发生器的接地端，并与环形电极相连；所述电极线Ⅱ接高压静电发生器的负极，并与喷嘴相连；所述喷嘴固定在上部支撑板中心位置，通过输液管与储液筒连接；所述注射泵连通有储液筒；所述环形固化灯安装在上部支撑板中心位置，其顶部中心位置接环形电极；所述粘结剂在静电喷雾工序前被喷涂在橡胶气囊表面。
2.根据权利要求1所述的一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光装置，其特征在于，所述中部支撑板在三个方位各切掉部分圆弧形材料，减轻装置重量，便于装卸工件。
3.根据权利要求1所述的一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光装置，其特征在于，所述气囊旋转轴的连接轴Ⅰ为实心轴，一端部开有螺纹孔，与电动机Ⅰ连接；连接轴Ⅱ中心有通孔，作为空气流道；空心套管的管壁有两个对称的凹槽，起到定位和提升气囊密闭性的作用，且空心套管的中心位置有一对气孔；连接轴Ⅰ与空心套管、空心套管与连接轴Ⅱ均为螺纹连接，装卸气囊便捷。
4.根据权利要求1所述的一种静电喷涂气囊的曲面原位抛光装置，其特征在于，所述高压静电发生器电压调节范围为-15kV～0；所述注射泵...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈逢军，王志伟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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