一種超聲波空化氣泡輔助流體拋光加工方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軟性流體表面研磨拋光領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種超聲波空化氣泡輔助流體拋光加工方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代光學(xué)、電子信息及薄膜科學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域，需要在精密光學(xué)零件和功能晶體材料表面實現(xiàn)超光滑表面加工(Ultrasmooth Surface Manufacturing)，例如軟X射線光學(xué)系統(tǒng)、激光陀螺反射鏡、高密度波分復(fù)用器、高能激光反射鏡、功能光學(xué)器件、光學(xué)窗口等。
[0003]前期出現(xiàn)的液固兩相軟性磨粒流拋光加工是以磨粒流的湍流為理論依據(jù)，以磨粒之間的相互碰撞以及磨粒與壁面間的碰撞為基礎(chǔ)，對磨粒進行動力學(xué)分析，利用湍流流場中磨粒對壁面的切削作用，對工件的壁面粗糙處進行精密拋光加工。
[0004]氣液固三相磨粒流拋光加工方法是將微尺寸氣泡以一定的比例均勻混合進液固兩相磨粒流中形成的新型流體拋光介質(zhì)，在加工工件上表面形成湍流流動，利用其中的氣泡潰滅產(chǎn)生的微爆炸機理推動磨粒更高效的切削工件表面，達到高效的對工件進行拋光的效果。
[0005]目前，液固兩相磨粒流拋光加工所用的流道采用單入口、單出口的方式，流體從流道的入口流入，出口流出，最終回流至磨粒流儲存箱。按照兩相磨粒流的加工原理，對工件進行加工的磨粒流在流道內(nèi)必須形成湍流流動，湍流中，磨粒運動的隨機性有利于表面無序化，直至實現(xiàn)工件表面無工具鏡面級加工效果?；谇捌诘膶嶒灎顩r，簡單的單輸入輸出的加工流道存在以下缺點:①增壓泵的壓力或者流量較低的時候，增壓泵輸出的液固兩相磨粒流的流速不能達到產(chǎn)生瑞流的最小速度，導(dǎo)致磨粒流道內(nèi)的磨粒流處于層流狀態(tài)，進而導(dǎo)致磨粒流中的磨粒對工件表面的切削概率很低，加工效果不明顯；②增壓泵輸出磨粒流的流速達到了在流道內(nèi)形成湍流的最小速度，由于加工流道較長，在流動過程中能量損失，湍動能下降，導(dǎo)致工件加工效果不均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有實驗過程中對工件拋光效果不明顯或不均勻的問題，提出了一種超聲波空化氣泡輔助流體拋光加工方法及裝置。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:
[0008]一種超聲波空化氣泡輔助流體拋光加工方法，用于將超聲波應(yīng)用到二相磨粒流拋光加工中，包括如下步驟:將超聲波發(fā)生裝置垂直安裝在二相磨粒流流道的上方，利用超聲波發(fā)生裝置發(fā)射的超聲波在上述二相磨粒流流道內(nèi)的磨粒流中產(chǎn)生空化效應(yīng)，從而在超聲波發(fā)生裝置的發(fā)射端面處空話產(chǎn)生微尺寸氣泡；微尺寸氣泡在超聲波產(chǎn)生的壓力作用下離開發(fā)射端面向前運動，當微尺寸氣泡運動到上述發(fā)射端面正下方的工件近壁面時，上述超聲波的壓縮作用能夠使微尺寸氣泡產(chǎn)生潰滅，微尺寸氣泡潰滅時會產(chǎn)生一種微激波，微激波使得磨粒流內(nèi)局部區(qū)域產(chǎn)生很大的壓強從而產(chǎn)生微觀爆炸作用，并通過微觀爆炸作用對微尺寸氣泡周圍的磨粒產(chǎn)生向下加速推動作用，進而大幅度提高二相磨粒流與工件加工表面凸起峰的接觸幾率和作用力，由此大幅度提高二相磨粒流拋光加工的效率。
[0009]進一步的，所述超聲波發(fā)生裝置發(fā)射的超聲波頻率為20KHz，功率為1KW。
[0010]進一步的，所述逆向超聲波的功率和頻率通過外接電路和控制系統(tǒng)進行人為控制，進而可以人為控制三相磨粒流中的微尺寸氣泡的潰滅速率，提高微尺寸氣泡靠近工件加工表面處的潰滅幾率。進一步可以防止微尺寸氣泡潰滅產(chǎn)生的作用力過大或過小時使工件表面破壞或加工效率低下，從而提高微尺寸氣泡潰滅對加工的有益效果。
[0011]一種超聲波空化氣泡輔助流體拋光加工裝置，包括超聲波發(fā)生裝置、平面圓形活塞式發(fā)射頭、固定法蘭盤、二相磨粒流流道、流道蓋板、密封連接盤和底座，二相磨粒流流道固定在底座上，流道蓋板固定在二相磨粒流流道上，二相磨粒流流道的出口和入口處均設(shè)有螺紋管，二相磨粒流流道內(nèi)設(shè)有安裝帶拋光工件的凹槽；所述超聲波發(fā)生裝置與所述底座垂直安裝，二相磨粒流流道位于超聲波發(fā)生裝置的正下方；所述超聲波發(fā)生裝置連接平面圓形活塞式發(fā)射頭，所述平面圓形活塞式發(fā)射頭通過密封連接盤連接流道蓋板，所述超聲波發(fā)生裝置通過平面圓形活塞式發(fā)射頭將超聲波垂直發(fā)射進入二相磨粒流流道中；所述超聲波發(fā)生裝置通過固定法蘭盤固定在底座上。
[0012]進一步的，所述固定法蘭盤通過夾具固定在底座上。
[0013]進一步的，所述密封連接盤和流道蓋板通過O型密封圈密封連接。
[0014]進一步的，所述超聲波換能器通過平面圓形活塞式發(fā)射頭發(fā)射出的超聲波為頻率為20KHz、功率為IKW的彈性機械振動波。上述超聲波在三相磨粒流介質(zhì)中傳播過程中會對其中的固體或空化氣泡產(chǎn)生壓縮作用，空化氣泡在壓縮過程中可能會潰滅，其潰滅時會產(chǎn)生一種與三相磨粒流成一定角度的逆向微激波，使局部區(qū)域有著很大的壓強從而產(chǎn)生微觀爆炸作用。
[0015]進一步的，所述二相磨粒流是由磨粒和水均勻混合而成的拋光流體介質(zhì)，其磨粒的最佳比例為15%，磨粒材料為碳化硅。
[0016]進一步的，所述二相磨粒流是由磨粒和輕質(zhì)油均勾混合而成的拋光流體介質(zhì)，其磨粒的最佳比例為15%，磨粒材料為氧化鋁顆粒。
[0017]進一步的，所述固定法蘭盤包括母盤和子盤，子盤和超聲波換能器之間安裝有塑料墊片，母盤和超聲波換能器之間安裝有橡膠減震墊圈。通過塑料墊片和橡膠減震墊圈大幅度減少超聲波的傳遞損失，進而保證超聲波換能器輸出超聲波的完整性。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]I)將頻率為20KHz、功率為IKW的應(yīng)用到磨粒流拋光加工中，超聲波在流體介質(zhì)中促進微尺寸氣泡潰滅進而產(chǎn)生微觀爆炸作用的效果應(yīng)用到磨粒流拋光加工中，微觀爆炸作用加速推動二相磨粒流的磨粒對工件的切削效果，大幅度提高二相磨粒流的拋光效率。
[0020]2)利用二相磨粒流在拋光系統(tǒng)中反復(fù)對加工工件表面進行拋光加工，可以提高二相磨粒流的利用效率，并可以有效過濾加工殘留物以減少污水排放，實現(xiàn)清潔加工，節(jié)約能源，綠色環(huán)保。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一種超聲波空化氣泡輔助流體拋光加工方法的流程示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明一種超聲波空化氣泡輔助流體拋光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是超聲波發(fā)生裝置的變幅桿與固定法蘭盤裝配結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0024]圖4是磨粒流流道與平面圓形活塞式發(fā)射頭裝配結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0025]圖中，1-底座、2-螺紋管、3-夾具、4-平面圓形活塞式發(fā)射頭、5-子盤、6_母盤、7-壓電陶瓷元件、8-電極元件、9-預(yù)緊力螺釘、10-上壓塊、11-下壓塊、12-變幅桿、13-流道蓋板、14- 二相磨粒流流道、15-工件、16-微尺寸氣泡、17-磨粒、18-0型密封圈、19-塑料墊片、20-橡膠減震墊圈。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0027]參照附圖1?4，一種超聲波空化氣泡輔助流體拋光加工方法，用于將超聲波應(yīng)用到二相磨粒流拋光加工中，其特征在于:包括如下步驟:將超聲波發(fā)生裝置垂直安裝在二相磨粒流流道14的上方，利用超聲波發(fā)生裝置發(fā)射的超聲波在上述二相磨粒流流道14內(nèi)的磨粒流中產(chǎn)生空化效應(yīng)，從而在超聲波發(fā)生裝置的發(fā)射端面處空話產(chǎn)生微尺寸氣泡16 ;微尺寸氣泡16在超聲波產(chǎn)生的壓力作用下離開發(fā)射端面向前運動，當微尺寸氣泡16運動到上述發(fā)射端面正下方的工件15近壁面時，上述超聲波的壓縮作用能夠使微尺寸氣泡16產(chǎn)生潰滅，微尺寸氣泡16潰滅時會產(chǎn)生一種微激波，微激波使得磨粒流內(nèi)局部區(qū)域產(chǎn)生很大的壓強從而產(chǎn)生微觀爆炸作用，并通過微觀爆炸作用對微尺寸氣泡16周圍的