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CN106002500B - 一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置 - Google Patents

一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，包括圆盘形旋流抛光工具、工件安装平台和超声波气泡发生器，加工工件被安装在工件安装平台上，圆盘形旋流抛光工具固定安装在加工工件的正上方，圆盘形旋流抛光工具底部设有滚花，与加工工件表面形成微距细缝；圆盘形旋流加工具正上方装有超声波气泡发生器。通过顶部入口角度和锥形内腔的设计，增大内部流场的压力和速度，再利用超声波气泡发生器产生的空化气泡形成了气液固三相高速旋流流场，大幅度提高了磨粒在气液固三相流场中的速度，进而了提高了工件的抛光效率；通过滚花的设置和微距细缝的距离调整，克服了因旋流流场产生的环形加工面，实现了大面积超光滑均匀化抛光加工。

Description

一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置
技术领域
本发明涉及一种超精密加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置。
背景技术
鉴于传统固液二相流抛光加工效率较为低下，抛光面积较小，难以运用到光学、电子信息及薄膜科学等高新技术领域的超光滑表面加工的情况，气液固三相磨粒流抛光加工成为流体抛光技术新的难点与热点。超声空化三相磨粒流旋流抛光加工是指在原有的固液二相旋流流场的基础上加入超声波气泡发生器，超声波气泡发生器利用超声空化使旋流流场中产生空化气泡，利用微空化气泡的溃灭作用驱动磨粒群，从而提高抛光加工的效率。目前，超声空化结合旋流流场的气液固三相磨粒流抛光技术是三相流抛光加工技术较为成熟的一种，此方法能对工件表面形成良好且均匀的加工效果。
但是，目前的超声空化三相磨粒流抛光加工装置还存在以下几个问题：①抛光加工圆盘设计不合理，磨粒流从加工盘侧边流入，导致旋流流场与工件表面的压力较低，加工效率较低；②工件与抛光圆盘微距细缝平行，使工件上方的流场湍流紊乱度不高，形成圆环型梯度加工件；③细缝入口的微气泡发生器难以控制和安装。
如何进一步改进气液固三相磨粒流抛光加工装置，实现高效、稳定、均匀化的抛光加工效果是一大难点。
鉴于目前存在的一些问题，设计研发了一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置。
发明内容
本发明的目的在于解决现有三相磨粒流抛光加工装置加工流场压力较低，流速较慢，加工效率不高，工件加工表面质量不均匀，提出了一种能够对空化气泡进行持续稳定的控制，实现对精密光学零件的超精密表面加工的增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，包括圆盘形旋流抛光工具、工件安装平台和超声波气泡发生器，加工工件被安装在工件安装平台上，所述圆盘形旋流抛光工具固定安装在加工工件的正上方，所述圆盘形旋流抛光工具与加工工件表面形成微距细缝；所述圆盘形旋流抛光工具底部设有一定倾角的滚花，所述圆盘形旋流抛光工具内部设有倒锥形内腔，所述圆盘形旋流抛光工具顶部设有与所述倒锥形内腔连通的固液二相磨粒抛光液入口；所述圆盘形旋流加工具正上方装有超声波气泡发生器；所述超声波气泡发生器与所述圆盘形旋流抛光工具的倒圆锥内腔顶部通过密封顶盖连接，所述超声波气泡发生器与所述密封顶盖之间有密封环。
进一步的，所述密封顶盖通过螺栓固定在所述圆盘形旋流抛光工具的顶部。
进一步的，所述超声波气泡发生器由控制柜控制，可通过不同的超声频率产生不同直径的空化气泡，对于不同流速和压力的流场可产生最佳的空化气泡尺寸。
进一步的，所述圆盘形旋流加工工具顶部设有3个均布的固液二相磨粒抛光液入口，且固液二相磨粒抛光液入口与顶部平面成30度夹角。该固液二相磨粒抛光液入口的分布增大了倒锥形内腔和微距细缝中的流场压力，形成了高速旋流流场，大大提升了抛光效率。
进一步的，所述倒锥形内腔为自上而下直径逐渐缩小的内腔，实现旋流流场的自增压，从而加大底部微距细缝中流场的流速和压力，增大抛光效率。
进一步的，所述微距间隙的宽度为1至2毫米，解决倒锥形内腔中心压力大，外圈压力小而形成环形加工面，实现加工工件表面的均匀后抛光加工。
进一步的，所述工件安装平台设有圆形槽，加工工件固定在所述圆形槽底部。
进一步的，圆盘形旋流加工工具底部的滚花呈环形分布，可增大流场近壁面区域的紊乱度，从而增大微距细缝中的磨粒运动的无序性，实现工件表面均匀化加工。
本发明的有益效果在于：本发明结构设计合理，通过顶部入口和锥形内腔增大内部流场的压力和速度，在利用超声波气泡发生器产生的空化气泡形成了气液固三相高速旋流流场，大幅度提高了磨粒在气液固三相流场中的速度，进而了提高所述圆盘形旋流抛光工具对于工件的抛光效率；同时，通过调整微距细缝的距离，在圆盘形旋流抛光工具底部设置滚花，克服了因旋流流场产生的环形加工面，实现了大面积超光滑均匀化抛光加工。
附图说明
图1是本发明一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置的剖面示意图。
图2是本发明一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置的俯视图。
图3是本发明滚花的结构示意图。
图1中，1-加工工件、2-圆盘形旋流抛光工具、3-固液二相磨粒抛光液入口、4-密封环、5-超声波气泡发生器、6-密封顶盖、7-底部滚花、8-工件安装平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～3所示，一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，包括圆盘形旋流抛光工具2、工件安装平台8和超声波气泡发生器5，加工工件1被安装在工件安装平台8上，所述圆盘形旋流抛光工具2固定安装在加工工件1的正上方，所述圆盘形旋流抛光工具2与加工工件表面形成微距细缝；所述圆盘形旋流抛光工具2底部设有一定倾角的滚花7，所述圆盘形旋流抛光工具2内部设有倒锥形内腔，所述圆盘形旋流抛光工具2顶部设有与所述倒锥形内腔连通的固液二相磨粒抛光液入口3；所述圆盘形旋流加工具正上方装有超声波气泡发生器5；所述超声波气泡发生器5与所述圆盘形旋流抛光工具2的倒圆锥内腔顶部通过密封顶盖6连接，所述超声波气泡发生器5与所述密封顶盖6之间有密封环4。
所述密封顶盖6通过螺栓固定在所述圆盘形旋流抛光工具2的顶部。
所述超声波气泡发生器5由控制柜控制，通过控制超声波气泡发生器5发出不同频率的超声波在圆盘形旋流抛光工具2内产生不同直径的空化气泡。对于不同流速和压力的流场可产生最佳的空化气泡尺寸。
所述圆盘形旋流加工工具顶部设有3个均布的固液二相磨粒抛光液入口3，且固液二相磨粒抛光液入口3与顶部平面成30度夹角。该流道入口分布增大了内腔和微距细缝中的流场压力，形成了高速旋流流场，大大提升了抛光效率。
所述倒锥形内腔为自上而下直径逐渐缩小的内腔。倒锥形内腔实现旋流流场的自增压，从而加大底部微距细缝中流场的流速和压力，增大抛光效率。
所述微距间隙的宽度为1至2毫米。微距间隙解决内腔中心压力大，外圈压力小而形成环形加工面，实现加工工件表面的均匀后抛光加工。
所述工件安装平台8设有圆形槽，加工工件1固定在所述圆形槽底部。
所述圆盘形旋流加工工具底部的滚花呈环形分布，可增大流场近壁面区域的紊乱度，从而增大微距细缝中的磨粒运动的无序性，实现加工工件表面均匀化加工。
固液二相磨粒流通过圆盘形旋流抛光工具2顶部设置成30度倾角的固液二相磨粒流入口3进入圆盘形旋流抛光工具2的倒锥形内腔，在倒锥形内腔中形成高速的固液二相旋流流场，在形成的固液二相旋流流场中，通过顶部设置的超声波气泡发生器5产生空化气泡，空化气泡与旋流流场中的固液二相磨粒流形成气液固三相磨粒流，形成的气液固三相磨粒流通过倒锥形内腔向微距细缝流动，从而形成自增压的气液固三相磨粒流旋流流场。气液固三相磨粒流经过底部的滚花7所形成的不同距离的微距细缝对工件1实现均匀化的超精密抛光加工。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，其特征在于：包括圆盘形旋流抛光工具(2)、工件安装平台(8)和超声波气泡发生器(5)，加工工件(1)被安装在工件安装平台(8)上，所述圆盘形旋流抛光工具(2)固定安装在加工工件(1)的正上方，所述圆盘形旋流抛光工具(2)与加工工件表面形成微距细缝；所述圆盘形旋流抛光工具(2)底部设有一定倾角的滚花(7)，所述圆盘形旋流抛光工具(2)内部设有倒锥形内腔，所述圆盘形旋流抛光工具(2)顶部设有与所述倒锥形内腔连通的固液二相磨粒抛光液入口(3)；所述圆盘形旋流加工具正上方装有超声波气泡发生器(5)；所述超声波气泡发生器(5)与所述圆盘形旋流抛光工具(2)的倒圆锥内腔顶部通过密封顶盖(6)连接，所述超声波气泡发生器(5)与所述密封顶盖(6)之间有密封环(4)。
2.根据权利要求1所述的一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述密封顶盖(6)通过螺栓固定在所述圆盘形旋流抛光工具(2)的顶部。
3.根据权利要求1所述的一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述超声波气泡发生器(5)由控制柜控制，通过控制超声波气泡发生器(5)发出不同频率的超声波在圆盘形旋流抛光工具(2)内产生不同直径的空化气泡。
4.根据权利要求1所述的一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述圆盘形旋流加工工具顶部设有3个均布的固液二相磨粒抛光液入口(3)，且固液二相磨粒抛光液入口(3)与顶部平面成30度夹角。
5.根据权利要求1所述的一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述倒锥形内腔为自上而下直径逐渐缩小的内腔。
6.根据权利要求1所述的一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述微距间隙的宽度为1至2毫米。
7.根据权利要求1所述的一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述工件安装平台设有圆形槽，加工工件固定在所述圆形槽底部。
8.根据权利要求1所述的一种增压超声空化三相磨粒流旋流抛光加工装置，其特征在于：圆盘形旋流加工工具底部的滚花呈环形分布。
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