一種超聲控制的剪切增稠拋光方法及其裝置製造方法
2023-06-22 21:57:51 1
一種超聲控制的剪切增稠拋光方法及其裝置製造方法
【專利摘要】一種超聲控制的剪切增稠拋光方法，包括以下步驟：1)向拋光池中加入混有磨粒的具有剪切增稠效應的非牛頓流體拋光液，並將工件固定在夾具上，夾具位於拋光池的上方；2)啟動拋光液循環系統，使非牛頓流體拋光液循環地從拋光池底部抽出並從拋光池上部輸入；3)啟動超聲波發生裝置，同時設定振動頻率和振幅，使拋光池內的非牛頓流體拋光液迅速發生振動，使拋光液發生強烈的剪切增稠的現象；4)調節夾具，使工件相對運動，具有拋光作用的磨粒對工件產生微切削作用或化學機械作用實現對工件表面材料的去除，從而實現對工件表面的拋光。以及一種超聲控制的剪切增稠拋光裝置。本發明拋光效率較高、成本較低。
【專利說明】一種超聲控制的剪切增稠拋光方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於精密超精密加工技術，尤其是一種剪切增稠拋光方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]複雜曲面已經成為航空航天、天文、汽車零部件、模具和生物醫用植入等領域眾多零件的重要工作面。非球面光學零件能夠很好地矯正多種像差，提高儀器鑑別能力，簡化儀器結構；複雜曲面反射鏡可有效減少反射次數和功率損失，提高精度以及穩定性；複雜曲面的發動機缸提高了其工作效能。同時，隨著產品外形設計日趨複雜、高精度、微細化，生物醫用植入物、模具、汽車零部件越來越多的應用了複雜曲面外形。據統計，有30%左右的模具型腔採用了複雜的自由曲面。
[0003]隨著複雜曲面的廣泛應用，不但對其精度、可靠性的要求日益提高，還要求具備高效、成批生產的能力。拋光作為複雜曲面超精密加工的最重要的工序，主要作用就是去除前期加工工序產生的表面破壞層，修正面型誤差，減小工件表面粗糙度。基於非牛頓流體剪切增稠效應的拋光技術是國內近年來出現的複雜曲面加工新技術，2012年浙江工業大學超精密加工中心呂冰海等人最早提出了基於非牛頓流體剪切增稠機理的拋光方法。該方法在具有剪切增稠效應的非牛頓流體中添加磨粒或微粉製備非牛頓流體拋光液；拋光過程中，工件與所述的拋光液之間做相對運動，所述拋光液與工件接觸部分受剪切作用會發生剪切增稠現象，接觸區域的拋光液的粘度增大，增強了對磨粒或微粉的把持力，拋光液中具有拋光作用的磨粒或微粉對工件產生微切削作用或化學機械作用實現工件表面材料的去除，從而實現對工件表面的拋光。該方法基本解決了傳統曲面加工技術存在的加工設備複雜、成本高、加工效率低、加工一致性差、難以滿足各種曲面尤其是複雜異形曲面的高效高質量加工要求等問題。
[0004]但是由於工件與、拋光液在相對運動中發生強烈剪切增稠的區域範圍較小，剪切增稠效果僅靠工件與拋光液之間的相對運動實現，進而有效拋光區域也較小，拋光效率有很大的提升空間。因此，對於各種曲面尤其是複雜異形曲面的高效加工而言，迫切需要一種能在工件與拋光液接觸的大部分區域產生強烈的剪切增稠現象，從而進行高效拋光，並且又具備低成本及環保的剪切增稠拋光方法。
【發明內容】
[0005]為了克服已有剪切增稠拋光技術的拋光效率較低、成本較高的不足，本發明提供一種拋光效率較高、成本較低的超聲控制的剪切增稠拋光方法及其裝置。
[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0007]—種超聲控制的剪切增稠拋光方法，包括以下步驟:
[0008]I)、向拋光池中加入混有磨粒的具有剪切增稠效應的非牛頓流體拋光液，並將工件固定在夾具上，所述夾具位於拋光池的上方；
[0009]2)、啟動拋光液循環系統，使所述的非牛頓流體拋光液循環地從拋光池底部抽出並從拋光池上部輸入；
[0010]超聲波發生裝置位於拋光池的底部，且所述超聲波發生裝置的超聲發送方向與所述工件正對；所述拋光方法還包括以下步驟:
[0011]3)、啟動超聲波發生裝置，同時設定振動頻率和振幅，使拋光池內所述的非牛頓流體拋光液迅速發生振動，使拋光液發生強烈的剪切增稠的現象；
[0012]4)調節夾具，使工件相對運動，具有拋光作用的磨粒對工件產生微切削作用或化學機械作用實現對工件表面材料的去除，從而實現對工件表面的拋光。
[0013]進一步，所述步驟4)中，所述夾具可以上下左右移動或轉動，所述的夾具與用於驅動夾具上下左右移動及轉動的驅動機構連接。
[0014]再進一步，所述步驟2)中，拋光液循環系統中，過濾出拋光液中的大顆粒磨屑，添加或取出拋光液。
[0015]一種超聲控制的剪切增稠拋光裝置，包括拋光池、拋光液循環系統和用於固定工件的夾具，所述夾具位於所述拋光池的上方，所述拋光液循環系統的循環出口與所述拋光池的上部入口連通，所述拋光液循環系統的循環進口與所述拋光池的底部出口連通，所述拋光裝置還包括用以使拋光池內所述的非牛頓流體拋光液迅速發生振動的超聲波發生裝置，超聲波發生裝置位於拋光池的底部，且所述超聲波發生裝置的超聲發送方向與所述工件正對。
[0016]進一步，所述超聲波發生裝置與用以控制超聲波發生器的振動頻率和振幅的控制器連接。
[0017]再進一步，所述拋光液循環系統中，上循環管路的上端與拋光池的左上端的上部入口連接，上循環管路的下端與泵的輸出連接；中循環管路的上段與泵的輸入連接，中循環管路的下端與拋光液過濾裝置左端的連接；下循環管路的上段與拋光池的右下端的底部出口連接，下循環管路的下端與拋光液過濾裝置的右端連接。
[0018]所述拋光液過濾裝置包括過濾大顆粒磨削的濾網和添加或取出拋光液的進出料□。
[0019]所述的夾具與用於驅動夾具上下左右移動及轉動的驅動機構連接。
[0020]本發明的技術構思為:在超聲波的作用下，拋光池中的非牛頓流體拋光液發生振動，從而產生強烈的剪切增稠現象，形成柔性的「固著磨具」，使工件與「固著磨具」產生相對運動，進而基於非牛頓流體剪切增稠拋光機理實現對工件表面材料的去除，大大提高了拋光效率；拋光液循環裝置的設置可以使工作中發熱、增稠的拋光液儘快恢復常溫流體狀態，並通過泵的作用，使其重新輸入到拋光池進行循環拋光使用，從而可以實現對複雜曲面持續高效高質量拋光。
[0021]本發明的有益效果主要表現在:1.對工件的加工效率、加工精度相比於未加超聲波的剪切增稠拋光有了很大提高。2.可以通過調節超聲波的振幅與頻率對非牛頓流體的剪切增稠效果進行有效控制，進而實現拋光的可控性。3.由於非牛頓流體具有流動性，從而可以實現對各種類型曲面的拋光，加工範圍廣。4.超聲波裝置成本低，易於實現，且拋光裝置整體結構簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是超聲控制的剪切增稠拋光裝置的示意圖。
[0023]圖2是利用本發明方法對球面工件進行拋光的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明作進一步描述。
[0025]參照圖1和圖2，一種超聲控制的剪切增稠拋光方法，包括以下步驟:
[0026]I)、向拋光池3中加入混有磨粒的具有剪切增稠效應的非牛頓流體拋光液，並將工件4固定在夾具5上，所述夾具5位於拋光池3的上方；
[0027]2)、啟動拋光液循環系統，使所述的非牛頓流體拋光液循環地從拋光池底部抽出並從拋光池上部輸入；
[0028]超聲波發生裝置2位於拋光池3的底部，且所述超聲波發生裝置2的超聲發送方向與所述工件4正對；所述拋光方法還包括以下步驟:
[0029]3)、啟動超聲波發生裝置2，同時設定振動頻率和振幅，使拋光池3內所述的非牛頓流體拋光液迅速發生振動，使拋光液發生強烈的剪切增稠的現象；
[0030]4)調節夾具5，使工件4相對運動，具有拋光作用的磨粒對工件產生微切削作用或化學機械作用實現對工件表面材料的去除，從而實現對工件表面的拋光。
[0031]進一步，所述步驟4)中，所述夾具5可以上下左右移動或轉動，所述的夾具與用於驅動夾具上下左右移動及轉動的驅動機構連接。
[0032]再進一步，所述步驟2)中，拋光液循環系統中，過濾出拋光液中的大顆粒磨屑，添加或取出拋光液。
[0033]所述的超聲控制的剪切增稠拋光方法中，所述的拋光液循環系統可以保持拋光池中的非牛頓流體拋光液的溫度與粘度。
[0034]一種超聲控制的剪切增稠拋光裝置，包括拋光池3、拋光液循環系統和用於固定工件4的夾具5，所述夾具5位於所述拋光池3的上方，所述拋光液循環系統的循環出口與所述拋光池3的上部入口連通，所述拋光液循環系統的循環進口與所述拋光池3的底部出口連通，所述拋光裝置還包括用以使拋光池內所述的非牛頓流體拋光液迅速發生振動的超聲波發生裝置2，超聲波發生裝置2位於拋光池3的底部，且所述超聲波發生裝置的超聲發送方向與所述工件正對。
[0035]進一步，所述超聲波發生裝置2與用以控制超聲波發生器的振動頻率和振幅的控制器I連接。
[0036]再進一步，所述拋光液循環系統中，上循環管路7的上端與拋光池的左上端的上部入口連接，上循環管路7的下端與泵的輸出連接；循環系統的中循環管路9的上段與泵的輸入連接，中循環管路9的下端與拋光液過濾裝置10左端的連接；循環系統的下循環管路11的上段與拋光池的右下端的底部出口連接，下循環管路11的下端與拋光液過濾裝置10的右端連接。
[0037]所述拋光液過濾裝置10包括過濾大顆粒磨削的濾網和添加或取出拋光液的進出料口。
[0038]所述的夾具5與用於驅動夾具上下左右移動及轉動的驅動機構連接。
[0039]所述的夾具5安裝在拋光池3的上方，並可以固定各種形狀的工件，包括球、圓柱滾子、平面以及其他形狀不規則的工件。
[0040]啟動超聲發生裝置後，拋光液發生強烈的剪切增稠的現象，形成柔性「固著磨具」，所述柔性「固著磨具」可以增強對拋光液中磨粒的把持力，並且可以很好的吻合各種複雜曲面。
[0041]參照圖2，一多羥基醛高聚體為分散相，以水為溶劑製備了具有剪切增稠效應的非牛頓流體，隨後向其中加入1000#的A1203磨粒並攪拌均勻製備出非牛頓流體拋光液11。拋光對象為軸承鋼曲面工件13 (曲率半徑30mm)，對其頂部的曲面進行拋光。非牛頓流體拋光液11在超聲波17的作用下發生振動，進而產生強烈的剪切增稠現象，拋光液中分散的膠態粒子15聚合成大量粒子簇16，並將磨粒14包裹在其中。受超聲波作用的拋光液12的粘度急劇增大，瞬間呈現固體特性，增強了對磨粒14的把持力，從而形成了一個柔性的「固著磨具」。隨著工件與「固著磨具」發生相對運動，通過磨粒14的微切削作用實現工件材料的高效、柔性去除。
[0042]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也包括本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.一種超聲控制的剪切增稠拋光方法，包括以下步驟: 1)、向拋光池中加入混有磨粒的具有剪切增稠效應的非牛頓流體拋光液，並將工件固定在夾具上，所述夾具位於拋光池的上方； 2)、啟動拋光液循環系統，使所述的非牛頓流體拋光液循環地從拋光池底部抽出並從拋光池上部輸入； 其特徵在於:超聲波發生裝置位於拋光池的底部，且所述超聲波發生裝置的超聲發送方向與所述工件正對；所述拋光方法還包括以下步驟:3)、啟動超聲波發生裝置，同時設定振動頻率和振幅，使拋光池內所述的非牛頓流體拋光液迅速發生振動，使拋光液發生強烈的剪切增稠的現象； 4)調節夾具，使工件相對運動，具有拋光作用的磨粒對工件產生微切削作用或化學機械作用實現對工件表面材料的去除，從而實現對工件表面的拋光。
2.如權利要求1所述的一種超聲控制的剪切增稠拋光方法，其特徵在於:所述步驟4)中，所述夾具可以上下左右移動或轉動，所述的夾具與用於驅動夾具上下左右移動及轉動的驅動機構連接。
3.如權利要求1或2所述的一種超聲控制的剪切增稠拋光方法，其特徵在於:所述步驟2)中，拋光液循環系統中，過濾出拋光液中的大顆粒磨屑，添加或取出拋光液。
4.一種用於實現如權利要求1所述的超聲控制的剪切增稠拋光方法的裝置，包括拋光池、拋光液循環系統和用於固定工件的夾具，所述夾具位於所述拋光池的上方，所述拋光液循環系統的循環出口與所述拋光池的上部入口連通，所述拋光液循環系統的循環進口與所述拋光池的底部出口連通，其特徵在於:所述裝置還包括用以使拋光池內所述的非牛頓流體拋光液迅速發生振動的超聲波發生裝置，超聲波發生裝置位於拋光池的底部，且所述超聲波發生裝置的超聲發送方向與所述工件正對。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於:所述超聲波發生裝置與用以控制超聲波發生器的振動頻率和振幅的控制器連接。
6.如權利要求4或5所述的裝置，其特徵在於:所述拋光液循環系統中，上循環管路的上端與拋光池的左上端的上部入口連接，上循環管路的下端與泵的輸出連接；中循環管路的上段與泵的輸入連接，中循環管路的下端與拋光液過濾裝置左端的連接；下循環管路的上段與拋光池的右下端的底部出口連接，下循環管路的下端與拋光液過濾裝置的右端連接。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於:所述拋光液過濾裝置包括過濾大顆粒磨削的濾網和添加或取出拋光液的進出料口。
8.如權利要求4或5所述的裝置，其特徵在於:所述的夾具與用於驅動夾具上下左右移動及轉動的驅動機構連接。
【文檔編號】B24B1/04GK104191320SQ201410400983
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】呂冰海, 董晨晨, 戴偉濤, 翁海舟, 袁巨龍 申請人:浙江工業大學