一種微磨料多相射流加工表面織構的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微磨料噴射加工技術領域領域，尤其涉及一種微磨料多相射流加工表面織構的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]表面織構技術，即在摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和規(guī)則排列的幾何形貌(如微小凹坑、微溝槽等)，以其優(yōu)異的控制摩擦、減小磨損和提高承載能力等特性，被證明是改善摩擦副表面摩擦學特性的一種有效手段。表面織構的作用機理一般可以解釋為:表面織構的存在改變了摩擦副的接觸狀態(tài)，降低了粘著發(fā)生的可能，有助于降低起始摩擦；同時可以起到貯存磨粒，減緩和改善磨料磨損的程度的作用。在乏油狀態(tài)下，表面織構可以貯存潤滑劑，有助于改善潤滑；在流體潤滑條件下，表面織構的存在可以改變局部的潤滑狀態(tài)，形成局部的流體動壓潤滑，提高潤滑劑的成膜能力和承載能力。因此，表面織構技術已經(jīng)初步在磁性存儲器、滑動軸承、活塞環(huán)、機械密封等領域得到了大量試驗研究。
[0003]目前常用的表面織構加工技術主要有:微細切削、電解加工、光刻技術、激光加工和微磨料噴射加工等。微細切削以精密數(shù)控技術為基礎，是一種成本低、操作方便的織構制作方法，但易產(chǎn)生飛邊、隆起等缺陷，同時對于硬脆材料也難以滿足加工精度要求。電解加工以工序簡單、可同時加工多個零件的優(yōu)點被認為是可以實現(xiàn)工業(yè)量產(chǎn)的織構制作方法，但其只能加工導電材料。光刻技術通過與化學腐蝕、電化學腐蝕、磨料噴射等技術結合，可以實現(xiàn)在金屬、陶瓷、高分子材料表面制作精度很高的表面織構，但其對設備的要求比較高，同時工序復雜。激光技術是使用最廣泛的織構加工方法，加工效率高、適用材料范圍廣，但激光加工會在材料表面產(chǎn)生熱影響區(qū)，需要一定后處理才能滿足使用需要。微磨料氣射流加工技術由傳統(tǒng)的噴砂工藝發(fā)展而來，通過壓縮空氣將微磨料加速形成射流，利用磨料的撞擊和拋磨作用去除材料，具有無熱影響區(qū)、反作用力小、可加工復雜形狀等特點。微磨料氣射流加工技術的加工原理和工藝特點決定了其不僅適用于金屬等常規(guī)材料，尤其在加工陶瓷、光學玻璃、鈦合金以及復合材料等方面顯示出巨大的潛力。但是，由于使用的磨料粒徑往往很小(5-30mm)，微磨料氣射流加工往往需要密閉的加工環(huán)境，同時存在磨料回收困難、加工成本高等問題以及空氣污染的風險，極大的限制了該技術的應用和推廣。
[0004]綜上所述，由于表面織構加工技術應用的材料往往具有高硬度、高脆性和高熔點等特點，現(xiàn)有的加工方法常常不能滿足加工效率、加工精度和加工質量等多方面的要求?；诖?，本發(fā)明的目的是在微磨料氣射流加工技術的基礎上引入多相射流，提出一種加工材料范圍廣、加工質量高、環(huán)境友好的織構加工技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對【背景技術】中所涉及到的缺陷，提供一種微磨料多相射流加工表面織構的裝置和方法，首先將微磨料和水混合并攪拌均勻，然后使用壓縮空氣將磨料溶液加速形成多相射流，配合掩膜板和動平臺完成表面織構的加工。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
一種微磨料多相射流加工表面織構的裝置，包含用于固定工件的X-Y動平臺、z軸升降臺、垂直安裝在Z軸升降臺上的噴嘴、氣源模塊和磨料供應模塊；
所述氣源模塊包含依次連接的空氣壓縮機、過濾器、穩(wěn)壓閥、流量計和球閥，且球閥的另一端和所述噴嘴的氣體入口相連；
所述X-Y動平臺用于工件的平面移動；
所述Z軸升降臺用于所述噴嘴和工件之間噴射距離的調節(jié)；
所述磨料供應模塊包含儲料罐和攪拌機；
所述儲料罐用于存儲磨料溶液，所述噴嘴的溶液入口接至儲料罐中的磨料溶液； 所述攪拌機用于攪拌儲料罐中的磨料溶液。
[0007]作為本發(fā)明一種微磨料多相射流加工表面織構的裝置進一步的優(yōu)化方案，所述磨料供應模塊還包含水栗和溶液收集單元；
所述溶液收集單元設置在所述X-Y動平臺上，用于收集所述噴嘴噴出的磨料溶液； 所述水栗用于將溶液收集單元收集的磨料溶液栗至儲料罐中。
[0008]作為本發(fā)明一種微磨料多相射流加工表面織構的裝置進一步的優(yōu)化方案，所述噴嘴的直徑為0.5-2mm。
[0009]本發(fā)明還公開了基于該微磨料多相射流加工表面織構的裝置的表面織構方法，包括以下步驟:
步驟1 )，掩膜制作，選擇金屬或無機薄板作為掩膜材料，通過激光加工技術或者電解加工技術在板材上加工出相應織構圖案；
步驟2)，工件固定，將工件表面打磨、拋光并超聲清洗，將制備的掩膜通過黏貼或外力作用與待加工表面緊密貼合，通過三爪卡盤或專用夾具將掩膜和工件一起固定在動平臺上;
步驟3)，磨料溶液配制，選定磨料類型和粒徑，確定水和磨料的質量配比，配制所需磨料溶液，并通過攪拌機持續(xù)攪拌；
步驟4)，參數(shù)設定，根據(jù)所需加工效果選擇合適的噴射壓強和噴射距離，同時結合加工范圍確定動平臺的運動軌跡和加工速度；
步驟5)，加工和清洗，打開球閥，同時啟動動平臺實現(xiàn)加工，完成后再次對工件進行超聲清洗。
[0010]作為該表面織構方法進一步的優(yōu)化方案，步驟1)中掩膜板厚度為50-500mm，鏤空織構圖案最小寬度或直徑不小于掩膜板厚度。
[0011]作為該表面織構方法進一步的優(yōu)化方案，步驟2)中所述磨料的類型為綠碳化硅、氧化招或金剛石，粒徑5-30mm。
[0012]作為該表面織構方法進一步的優(yōu)化方案，步驟2)中磨料和水的質量配比為1/10-1/3。
[0013]作為該表面織構方法進一步的優(yōu)化方案，步驟4)中噴射壓強為0.2-0.8MPa，噴射距離為l_15mm。
[0014]作為該表面織構方法進一步的優(yōu)化方案，步驟4)中加工范圍較大時采用S型進給，進給速度0.5-2mm/so
[0015]本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
1、裝置成本低、制造容易，所需壓縮空氣的壓強較低，加工便利、安全；
2、磨料和水的混合解決了磨料回收和空氣污染等問題，同時利用了水的緩沖和潤滑作用，可以獲得更好的加工效果；
3、使用壓縮空氣加速磨料溶液，可以使磨料獲得較高的速度，進而提高加工效率。
【附圖說明】
[0016]圖1微磨料多相射流加工表面織構的裝置示意圖；
圖2銅箔制作的掩膜貼附工件表面顯微鏡照片；
圖3微磨料多相射流加工表面織構的示意圖；
圖4在304不銹鋼表面加工微槽的顯微鏡照片；
圖5在304不銹鋼表面加工微槽的截面形貌。
[0017]圖中，1-空氣壓縮機，2-空氣過濾器，3-穩(wěn)壓閥，4-流量計，5-球閥，6_噴嘴，7_儲料罐，8-水栗，9-攪拌機，10-數(shù)控X-Y動平臺，11-Z軸升降臺。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明:
參見圖1，本發(fā)明公開了一種微磨料多相射流加工表面織構的裝置，包含用于固定工件的χ-γ動平臺、Z軸升降臺、垂直安裝在Z軸升降臺上的噴嘴、氣源模塊和磨料供應模塊；所述氣源模塊包含依次連接的空氣壓縮機、過濾器、穩(wěn)壓閥、流量計和球閥，且球閥的另一端和所述噴嘴的氣體入口相連；
所述X-Y動平臺用于工件的平面移動；
所述Z軸升降臺用于所述噴嘴和工件之間噴射距離