一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，包括圓盤形旋流拋光工具、工件安裝平臺(tái)和超聲波氣泡發(fā)生器，加工工件被安裝在工件安裝平臺(tái)上，圓盤形旋流拋光工具固定安裝在加工工件的正上方，圓盤形旋流拋光工具底部設(shè)有滾花，與加工工件表面形成微距細(xì)縫；圓盤形旋流加工具正上方裝有超聲波氣泡發(fā)生器。通過頂部入口角度和錐形內(nèi)腔的設(shè)計(jì)，增大內(nèi)部流場(chǎng)的壓力和速度，再利用超聲波氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的空化氣泡形成了氣液固三相高速旋流流場(chǎng)，大幅度提高了磨粒在氣液固三相流場(chǎng)中的速度，進(jìn)而了提高了工件的拋光效率；通過滾花的設(shè)置和微距細(xì)縫的距離調(diào)整，克服了因旋流流場(chǎng)產(chǎn)生的環(huán)形加工面，實(shí)現(xiàn)了大面積超光滑均勻化拋光加工。
【專利說明】
一種増壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，尤其涉及一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鑒于傳統(tǒng)固液二相流拋光加工效率較為低下，拋光面積較小，難以運(yùn)用到光學(xué)、電子信息及薄膜科學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域的超光滑表面加工的情況，氣液固三相磨粒流拋光加工成為流體拋光技術(shù)新的難點(diǎn)與熱點(diǎn)。超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工是指在原有的固液二相旋流流場(chǎng)的基礎(chǔ)上加入超聲波氣泡發(fā)生器，超聲波氣泡發(fā)生器利用超聲空化使旋流流場(chǎng)中產(chǎn)生空化氣泡，利用微空化氣泡的潰滅作用驅(qū)動(dòng)磨粒群，從而提高拋光加工的效率。目前，超聲空化結(jié)合旋流流場(chǎng)的氣液固三相磨粒流拋光技術(shù)是三相流拋光加工技術(shù)較為成熟的一種，此方法能對(duì)工件表面形成良好且均勻的加工效果。
[0003]但是，目前的超聲空化三相磨粒流拋光加工裝置還存在以下幾個(gè)問題:①拋光加工圓盤設(shè)計(jì)不合理，磨粒流從加工盤側(cè)邊流入，導(dǎo)致旋流流場(chǎng)與工件表面的壓力較低，加工效率較低;②工件與拋光圓盤微距細(xì)縫平行，使工件上方的流場(chǎng)湍流紊亂度不高，形成圓環(huán)型梯度加工件;③細(xì)縫入口的微氣泡發(fā)生器難以控制和安裝。
[0004]如何進(jìn)一步改進(jìn)氣液固三相磨粒流拋光加工裝置，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、均勻化的拋光加工效果是一大難點(diǎn)。
[0005]鑒于目前存在的一些問題，設(shè)計(jì)研發(fā)了一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有三相磨粒流拋光加工裝置加工流場(chǎng)壓力較低，流速較慢，加工效率不高，工件加工表面質(zhì)量不均勻，提出了一種能夠?qū)栈瘹馀葸M(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)精密光學(xué)零件的超精密表面加工的增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，包括圓盤形旋流拋光工具、工件安裝平臺(tái)和超聲波氣泡發(fā)生器，加工工件被安裝在工件安裝平臺(tái)上，所述圓盤形旋流拋光工具固定安裝在加工工件的正上方，所述圓盤形旋流拋光工具與加工工件表面形成微距細(xì)縫;所述圓盤形旋流拋光工具底部設(shè)有一定傾角的滾花，所述圓盤形旋流拋光工具內(nèi)部設(shè)有倒錐形內(nèi)腔，所述圓盤形旋流拋光工具頂部設(shè)有與所述倒錐形內(nèi)腔連通的固液二相磨粒拋光液入口；所述圓盤形旋流加工具正上方裝有超聲波氣泡發(fā)生器;所述超聲波氣泡發(fā)生器與所述圓盤形旋流拋光工具的倒圓錐內(nèi)腔頂部通過密封頂蓋連接，所述超聲波氣泡發(fā)生器與所述密封頂蓋之間有密封環(huán)。
[0008]進(jìn)一步的，所述密封頂蓋通過螺栓固定在所述圓盤形旋流拋光工具的頂部。
[0009]進(jìn)一步的，所述超聲波氣泡發(fā)生器由控制柜控制，可通過不同的超聲頻率產(chǎn)生不同直徑的空化氣泡，對(duì)于不同流速和壓力的流場(chǎng)可產(chǎn)生最佳的空化氣泡尺寸。
[0010]進(jìn)一步的，所述圓盤形旋流加工工具頂部設(shè)有3個(gè)均布的固液二相磨粒拋光液入口，且固液二相磨粒拋光液入口與頂部平面成30度夾角。該固液二相磨粒拋光液入口的分布增大了倒錐形內(nèi)腔和微距細(xì)縫中的流場(chǎng)壓力，形成了高速旋流流場(chǎng)，大大提升了拋光效率。
[0011]進(jìn)一步的，所述倒錐形內(nèi)腔為自上而下直徑逐漸縮小的內(nèi)腔，實(shí)現(xiàn)旋流流場(chǎng)的自增壓，從而加大底部微距細(xì)縫中流場(chǎng)的流速和壓力，增大拋光效率。
[0012]進(jìn)一步的，所述微距間隙的寬度為1至2毫米，解決倒錐形內(nèi)腔中心壓力大，外圈壓力小而形成環(huán)形加工面，實(shí)現(xiàn)加工工件表面的均勻后拋光加工。
[0013]進(jìn)一步的，所述工件安裝平臺(tái)設(shè)有圓形槽，加工工件固定在所述圓形槽底部。
[0014]進(jìn)一步的，圓盤形旋流加工工具底部的滾花呈環(huán)形分布，可增大流場(chǎng)近壁面區(qū)域的紊亂度，從而增大微距細(xì)縫中的磨粒運(yùn)動(dòng)的無序性，實(shí)現(xiàn)工件表面均勻化加工。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，通過頂部入口和錐形內(nèi)腔增大內(nèi)部流場(chǎng)的壓力和速度，在利用超聲波氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的空化氣泡形成了氣液固三相高速旋流流場(chǎng)，大幅度提高了磨粒在氣液固三相流場(chǎng)中的速度，進(jìn)而了提高所述圓盤形旋流拋光工具對(duì)于工件的拋光效率；同時(shí)，通過調(diào)整微距細(xì)縫的距離，在圓盤形旋流拋光工具底部設(shè)置滾花，克服了因旋流流場(chǎng)產(chǎn)生的環(huán)形加工面，實(shí)現(xiàn)了大面積超光滑均勻化拋光加工?！靖綀D說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置的剖面示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置的俯視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明滾花的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖1中，1-加工工件、2-圓盤形旋流拋光工具、3-固液二相磨粒拋光液入口、4-密封環(huán)、5-超聲波氣泡發(fā)生器、6-密封頂蓋、7-底部滾花、8-工件安裝平臺(tái)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0021]如圖1?3所示，一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，包括圓盤形旋流拋光工具2、工件安裝平臺(tái)8和超聲波氣泡發(fā)生器5,加工工件1被安裝在工件安裝平臺(tái)8 上，所述圓盤形旋流拋光工具2固定安裝在加工工件1的正上方，所述圓盤形旋流拋光工具2 與加工工件表面形成微距細(xì)縫;所述圓盤形旋流拋光工具2底部設(shè)有一定傾角的滾花7,所述圓盤形旋流拋光工具2內(nèi)部設(shè)有倒錐形內(nèi)腔，所述圓盤形旋流拋光工具2頂部設(shè)有與所述倒錐形內(nèi)腔連通的固液二相磨粒拋光液入口 3;所述圓盤形旋流加工具正上方裝有超聲波氣泡發(fā)生器5;所述超聲波氣泡發(fā)生器5與所述圓盤形旋流拋光工具2的倒圓錐內(nèi)腔頂部通過密封頂蓋6連接，所述超聲波氣泡發(fā)生器5與所述密封頂蓋6之間有密封環(huán)4。
[0022]所述密封頂蓋6通過螺栓固定在所述圓盤形旋流拋光工具2的頂部。
[0023]所述超聲波氣泡發(fā)生器5由控制柜控制，通過控制超聲波氣泡發(fā)生器5發(fā)出不同頻率的超聲波在圓盤形旋流拋光工具2內(nèi)產(chǎn)生不同直徑的空化氣泡。對(duì)于不同流速和壓力的流場(chǎng)可產(chǎn)生最佳的空化氣泡尺寸。
[0024]所述圓盤形旋流加工工具頂部設(shè)有3個(gè)均布的固液二相磨粒拋光液入口 3,且固液二相磨粒拋光液入口 3與頂部平面成30度夾角。該流道入口分布增大了內(nèi)腔和微距細(xì)縫中的流場(chǎng)壓力，形成了高速旋流流場(chǎng)，大大提升了拋光效率。
[0025]所述倒錐形內(nèi)腔為自上而下直徑逐漸縮小的內(nèi)腔。倒錐形內(nèi)腔實(shí)現(xiàn)旋流流場(chǎng)的自增壓，從而加大底部微距細(xì)縫中流場(chǎng)的流速和壓力，增大拋光效率。[〇〇26]所述微距間隙的寬度為1至2毫米。微距間隙解決內(nèi)腔中心壓力大，外圈壓力小而形成環(huán)形加工面，實(shí)現(xiàn)加工工件表面的均勻后拋光加工。
[0027]所述工件安裝平臺(tái)8設(shè)有圓形槽，加工工件1固定在所述圓形槽底部。
[0028]所述圓盤形旋流加工工具底部的滾花呈環(huán)形分布，可增大流場(chǎng)近壁面區(qū)域的紊亂度，從而增大微距細(xì)縫中的磨粒運(yùn)動(dòng)的無序性，實(shí)現(xiàn)加工工件表面均勻化加工。[〇〇29]固液二相磨粒流通過圓盤形旋流拋光工具2頂部設(shè)置成30度傾角的固液二相磨粒流入口 3進(jìn)入圓盤形旋流拋光工具2的倒錐形內(nèi)腔，在倒錐形內(nèi)腔中形成高速的固液二相旋流流場(chǎng)，在形成的固液二相旋流流場(chǎng)中，通過頂部設(shè)置的超聲波氣泡發(fā)生器5產(chǎn)生空化氣泡，空化氣泡與旋流流場(chǎng)中的固液二相磨粒流形成氣液固三相磨粒流，形成的氣液固三相磨粒流通過倒錐形內(nèi)腔向微距細(xì)縫流動(dòng)，從而形成自增壓的氣液固三相磨粒流旋流流場(chǎng)。 氣液固三相磨粒流經(jīng)過底部的滾花7所形成的不同距離的微距細(xì)縫對(duì)工件1實(shí)現(xiàn)均勻化的超精密拋光加工。
[0030]上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，其特征在于:包括圓盤形旋流拋 光工具(2)、工件安裝平臺(tái)(8)和超聲波氣泡發(fā)生器(5)，加工工件(1)被安裝在工件安裝平 臺(tái)(8)上，所述圓盤形旋流拋光工具(2)固定安裝在加工工件(1)的正上方，所述圓盤形旋流 拋光工具(2)與加工工件表面形成微距細(xì)縫;所述圓盤形旋流拋光工具(2)底部設(shè)有一定傾 角的滾花(7)，所述圓盤形旋流拋光工具(2)內(nèi)部設(shè)有倒錐形內(nèi)腔，所述圓盤形旋流拋光工 具(2)頂部設(shè)有與所述倒錐形內(nèi)腔連通的固液二相磨粒拋光液入口(3);所述圓盤形旋流加 工具正上方裝有超聲波氣泡發(fā)生器(5);所述超聲波氣泡發(fā)生器(5)與所述圓盤形旋流拋光 工具(2)的倒圓錐內(nèi)腔頂部通過密封頂蓋(6)連接，所述超聲波氣泡發(fā)生器(5)與所述密封 頂蓋(6)之間有密封環(huán)(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，其特征在 于:所述密封頂蓋(6)通過螺栓固定在所述圓盤形旋流拋光工具(2)的頂部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，其特征在 于:所述超聲波氣泡發(fā)生器(5)由控制柜控制，通過控制超聲波氣泡發(fā)生器(5)發(fā)出不同頻 率的超聲波在圓盤形旋流拋光工具(2)內(nèi)產(chǎn)生不同直徑的空化氣泡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，其特征在 于:所述圓盤形旋流加工工具頂部設(shè)有3個(gè)均布的固液二相磨粒拋光液入口(3)，且固液二 相磨粒拋光液入口(3)與頂部平面成30度夾角。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，其特征在 于:所述倒錐形內(nèi)腔為自上而下直徑逐漸縮小的內(nèi)腔。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，其特征在 于:所述微距間隙的寬度為1至2毫米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，其特征在 于:所述工件安裝平臺(tái)設(shè)有圓形槽，加工工件固定在所述圓形槽底部。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增壓超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工裝置，其特征在 于:圓盤形旋流加工工具底部的滾花呈環(huán)形分布。
【文檔編號(hào)】B24B41/06GK106002500SQ201610280263
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】計(jì)時(shí)鳴, 余昌利, 趙軍, 韓帥非, 袁智敏
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)