本发明专利技术公开了一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，包括抛光装置驱动控制系统、工件定位驱动装置、抛光液循环装置、抛光液储蓄池和表面结构化抛光盘等，所述待加工工件及表面结构化抛光盘均位于抛光液液面的下方；所述待加工工件与所述的表面结构化抛光盘曲面上保持近似平行且之间存在加工间隙；所述的抛光液循环系统包括循环管路，循环泵和抛光液过滤系统，设有入口阀门与废液排出口。本发明专利技术装置能够有效提高大型曲面工件的加工效率，保证工件加工效果，且抛光装置整体结构简单，可实现大型曲面工件的高效高质量低损伤抛光，有利于上述抛光工具在抛光技术领域的推广及应用。用。用。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置
[0001]本专利技术涉及超精密抛光领域，具体涉及一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，适用于多种大型曲面工件的高效高质量低损伤加工。
技术介绍
[0002]超精密加工是现代制造业的终极追求，其目的是提高产品的性能，质量以及可靠性；是衡量一个国家先进技术水平的重要指标之一。随着现代科学技术的不断发展，超精密加工技术正逐渐成为机械加工的中流砥柱。现如今，超精密加工技术的加工精度越来越高，从微米级、纳米级加工逐渐向着原子级的加工范畴逼近。此外，超精密加工不仅限于国家重大需求，而是已经进入了国民经济和生活的各个方面。
[0003]目前，高新科技领域对硬脆材料表面质量的要求不断提高，在满足表面粗糙度纳米级的同时还应具有较少的亚表面损伤和良好的形状精度。磨削和切削是最为常用的两种表面加工技术。磨削是难加工材料及其零件的重要加工方式，具有加工表面粗糙度低、加工精度高等优点，但缺点在于磨削过程中磨具会剧烈摩擦材料表面，易导致材料发生弹塑性变形，留下明显的磨削痕迹。切削是一种高效、高精度、低能耗的加工方式，具有刀具受热影响小、有利于薄壁零件加工等优点，但缺点是在加工硬度高、脆性大的材料时，刀具易磨损，可能会产生亚表面裂纹、材料脆性断裂等问题。
[0004]磨削、切削加工方法均难以实现对微观结构器件和复杂形状零件的超精密加工。虽然国内外学者针对传统加工方法(磨削、车削、铣削等)进行了改进，但在表面加工上仍具有一定的局限性且难以获得理想表面。作为表面加工工艺链中的最后一道工序，超精密抛光可以去除上道工序留下的表面损伤等缺陷，改善产品表面粗糙度，实现高质量加工。
[0005]大型曲面是重大技术装备的重要表面特征，其精整加工已成为保证重大成套技术装备质量的关键环节。然而，传统接触式抛光方法加工时不可避免的存在划痕、腐蚀或分层等缺陷，这对材料工件质量有直接影响。因此，为避免曲面工件在抛光过程中引入更多缺陷，提升其表面质量和加工均匀性，有必要采用更加高效高质量低损伤的非接触抛光方法。
[0006]现阶段，非接触抛光方法普遍存在成本高、加工效率低、加工均匀性差等问题，并且传统非接触抛光方法，如弹性发射加工、浮法抛光、动压浮离抛光、离子束抛光等，皆无法对大型曲面工件进行高效高质量低损伤抛光处理。如何综合平衡各项指标并探索新方法、探究新工艺、研发新装备一直是需要关注的重点。
技术实现思路
[0007]针对于目前的非接触抛光装置加工效率低、设备成本高、加工尺寸限制和加工均匀性差等问题，本专利技术考虑到大型曲面工件的整体加工，提出了一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，根据仿形加工原理，表面结构化抛光盘可以加工近似曲率的曲面工件，保证加工效率和质量的前提下，具有适用范围广、加工变质层与损伤少和高效环保等特点。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，包括抛光装置驱动控制系统、工件定位驱动装置、抛光液循环系统、抛光液储蓄池和表面结构化抛光盘，待加工工件及表面结构化抛光盘均位于抛光液液面的下方；所述待加工工件与所述的表面结构化抛光盘曲面上保持近似平行且之间存在加工间隙。
[0010]抛光过程中，具有非牛顿流体剪切流变特性的抛光液会产生贴合工件曲面的“柔性固着磨具”；工件驱动机构旋转会带动抛光液形成流体动压平衡；在表面结构化抛光盘的界面约束作用下，工件与抛光液之间将产生具有高速剪切作用的液膜以增强材料表面的剪切去除效果。
[0011]进一步的，所述的抛光液循环系统包括上循环管路、下循环管路、循环泵、循环管路入口阀门及抛光液过滤装置；所述下循环管路设置于抛光盘底部，有利于非牛顿流体的流入，并与抛光液过滤装置底部入口相连通；所述上循环管路设置于抛光液过滤装置顶部出口，并与抛光液储蓄池相连通；所述循环管路入口阀门设置在下循环管路上，所述循环管路入口阀门和循环泵用于控制非牛顿流体的流入量；
[0012]进一步的，所述的抛光液过滤装置处设有废料排出口，可及时将过滤掉的杂质排出，抛光完成后的抛光液也可通过排出口直接排出，减少抛光设备清理难度；所述的上循环管路出口处设置缓冲垫，以确保抛光过程中抛光液的流入不会直接影响抛光效果。
[0013]进一步的，所述的抛光液储蓄池高度应远高于抛光盘表面，且内径略大于抛光盘外径1～3mm，以形成杂质沉淀槽；
[0014]进一步的，所述的杂质沉淀槽与抛光液循环装置共同用于去除较大质量的杂质与碎屑，保证抛光液的一致性，在离心力与重力作用下，杂质会沉淀或靠近边缘部分。
[0015]进一步的，所述的抛光液液面应高于抛光盘表面4～10mm，以确保高速旋转条件下抛光液仍然没过工件；所述的抛光液循环系统与充足的抛光液配合，可有效减少抛光过程中温度的变化，避免温度增加和磨粒分布不均匀情况的发生。
[0016]进一步的，所述的表面结构化抛光盘呈现向内凹陷形状，设置曲面弧度为15～40
°
，坡度为8～25
°
，以适用于大多数工件曲面，可通过调节工件驱动机构使得工件与抛光盘曲面保持近似平行，根据仿形加工原理，表面结构化抛光盘可以加工近似曲率的曲面工件。
[0017]进一步的，表面结构化抛光盘曲面由平面区域、凹槽区域交替组成，且从内圆端到外圆端凹槽区域和平面区域分割宽度比为0.3～0.7，能够能提高加工区域的流体压力，确保流体压力的分布相对均匀。
[0018]进一步的，所述的加工工件表面和表面结构化抛光盘保持1～5mm间隙，以确保两者近似平行状态下可形成稳定液膜；所述的加工工件夹具可替换不同尺寸型号以适应不同尺寸工件；所述的表面结构化抛光盘内侧底部设有平行区域用于定位，与工件驱动机构配合用于控制间距。
[0019]进一步的，所述的表面结构化抛光盘凹槽区域有四种不同结构，分别为楔形槽、L形槽、上抛物线形槽和下抛物线形槽。
[0020]进一步的，所述的表面结构化抛光盘表面设有凹槽区域12～60个。
[0021]进一步的，所述的工件驱动机构的转速为5～100r/min，以避免抛光液被甩出而导
致抛光不均匀的情况。
[0022]进一步的，所述的工件定位驱动装置包括横向驱动模块、工件驱动装置衔接模块和纵向驱动模块，可分别控制横向移动、小角度偏移与纵向移动，驱动电机置于元件内部。
[0023]进一步的，所述的工件驱动装置衔接模块用于衔接工件驱动装置和横向驱动模块，并内设涡轮蜗杆，可小角度带动工件夹具旋转，以更好的适应不同曲面工件。
[0024]进一步的，所述的表面结构化抛光盘底部设置倒角，便于与抛光工具夹具的衔接，使其保持过盈配合。
[0025]进一步的，所述的表面结构化抛光盘底部设置螺纹孔，所述的抛光工具夹具与抛光液储蓄池底部设置光孔，三者之间采用三个螺母衔接，使得抛光盘可自由拆卸，以便于抛光盘的清洁与替换。
[0026]进一步的，所述的表面结构化抛光盘制备材料可选用金属材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，其特征在于，包括抛光装置驱动控制系统、工件定位驱动装置、抛光液循环系统、抛光液储蓄池及表面结构化抛光盘，所述表面结构化抛光盘设置在抛光液储蓄池内部，所述工件定位驱动装置位于表面结构化抛光盘上方，所述工件定位驱动装置上设有待加工工件，所述待加工工件及表面结构化抛光盘均位于抛光液液面的下方；所述待加工工件与所述的表面结构化抛光盘曲面上保持平行且之间存在加工间隙；所述的抛光液循环系统与所述抛光液储蓄池相连通。2.根据权利要求1所述的一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，其特征在于，所述表面结构化抛光盘的表面呈向内凹陷的曲面形状，设置曲面弧度为15
‑
40
°
，坡度为8
‑
25
°
；表面结构化抛光盘的曲面包括若干平面区域及凹槽区域，且平面区域与凹槽区域交替设置，且从内圆端到外圆端凹槽区域和平面区域分割宽度比为0.3
‑
0.7，能够能提高加工区域的流体压力，确保流体压力的分布相对均匀。3.根据权利要求1所述的一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，其特征在于，所述加工工件表面和表面结构化抛光盘保持1
‑
5mm间隙，以确保两者之间形成稳定液膜；所述表面结构化抛光盘内侧中心位置设有平行区域用于定位，与工件驱动机构配合控制间隙距离。4.根据权利要求1所述的一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，其特征在于，所述抛光液液面应高于表面结构化抛光盘表面4
‑
10mm，以确保高速旋转条件下抛光液仍然没过工件。5.根据权利要求1所述的一种适用于大型曲面抛光的液膜剪切抛光装置，其特征在于，所述抛光液循环系统包括上循环管路、下循环管路、循环泵、循环管路入口阀门及抛光液过滤装...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈泓谕，王林，吕冰海，彭枫，杭伟，袁巨龙，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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