CN101434055A - 纳米胶体射流抛光装置 - Google Patents

Abstract

纳米胶体射流抛光装置，它涉及一种射流抛光装置。本发明解决了现有的纳米胶体射流抛光过程中存在的纳米胶体易被污染、纳米胶体的喷射能量难以控制、自由基-羟基与工件表面原子的化学吸附难以实现、胶体中纳米颗粒与工件表面原子发生的可逆聚合分解反应难以保证和工件表面的纳米颗粒及工件表面原子无法利用流体黏附作用移除的问题。本发明的第一柔性密封囊安装在第一高压容器内，第四管路的下端与第一柔性密封囊的上端连通，第四管路的上端与第一两位三通控制阀连通，封闭的纳米胶体容器与第一两位三通控制阀连通，蠕动泵安装在第五管路上。本发明实现了压力油与纳米胶体的独立循环，喷射能量得到控制，移除了工件表面的纳米颗粒及工件表面原子。

Description

纳米胶体射流抛光装置

技术领域

本发明涉及一种射流抛光装置，属于超光滑表面抛光及光学加工技术领域。

背景技术

纳米胶体射流抛光是一种可以实现原子级材料的去除的抛光方法，主要通过给工件表面施加能量，使表面微凸起部位的原子获得足够的能量而从表面逃逸或脱落，从而实现原子级材料的去除。由于表面凸起部分的原子受束缚较少，去除这类原子需要的能量也比去除本体相原子要小。因此，在加工过程中若能控制作用到表面原子的能量，使该能量大于表面原子的结合能，并小于本体相原子的结合能，便可以达到去除表面原子又不造成本体相原子位错位移的目的。

纳米胶体射流抛光通过纳米胶体中的自由基—羟基在工件表面的化学吸附来降低工件表面原子的原子结合能，然后利用入射纳米颗粒与工件表面原子的碰撞反应及胶体的动力黏附特性去除工件表面原子。

纳米胶体射流抛光中要求保证纳米胶体不被污染，但由于纳米胶体具有较强的反应激活能，极易在抛光过程中与油脂及其他外部杂质发生反应，因此如何保证在抛光过程中纳米胶体不被污染，如何通过胶体射流方式控制纳米胶体的喷射能量，实现自由基—羟基与工件表面原子的化学吸附，如何给胶体中的纳米颗粒施加能量以保证胶体中纳米颗粒与工件表面原子发生可逆聚合分解反应，以及如何利用流体黏附作用移除工件表面的纳米颗粒及工件表面原子，是纳米胶体射流抛光需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的纳米胶体射流抛光过程中存在的纳米胶体易被污染、纳米胶体的喷射能量难以控制、自由基—羟基与工件表面原子的化学吸附难以实现、胶体中纳米颗粒与工件表面原子发生的可逆聚合分解反应难以保证和工件表面的纳米颗粒及工件表面原子无法利用流体黏附作用移除的问题，进而提供一种纳米胶体射流抛光装置。

本发明的技术方案是：纳米胶体射流抛光装置包括第一两位三通控制阀、第一柔性密封囊、第一高压容器、第四两位三通控制阀、蓄能器、柱塞泵、液压油箱、封闭的纳米胶体容器、蠕动泵、抛光液槽、喷嘴、阀体、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路、第六管路和第七管路，所述第一柔性密封囊安装在第一高压容器内，所述第四管路的下端穿过第一高压容器与第一柔性密封囊的上端连通，所述第四管路的上端与第一两位三通控制阀连通，所述封闭的纳米胶体容器通过第五管路与第一两位三通控制阀连通，所述蠕动泵安装在第五管路上且与第五管道连通，所述第一高压容器的下端通过第三管路与第四两位三通控制阀，所述液压油箱通过第一管路与第四两位三通控制阀连通，所述第二管路的下端安装在液压油箱内，第二管路的上端与第四两位三通控制阀连通，所述蓄能器通过阀体安装在第二管路上且与第二管路连通，所述柱塞泵安装在第二管路上，柱塞泵与第二管路连通，且所述柱塞泵位于蓄能器的下方，所述第六管路的一端与第一两位三通控制阀连通，所述第六管路的另一端与第七管路的一端连通，所述第七管路的另一端安装有喷嘴，且所述第七管路与数控机床的夹具固接，所述抛光液槽套装在数控机床的电机的输出轴上，所述工作台安装在抛光液槽内的数控机床的电机输出轴的端面上，且工作台的安装位置与喷嘴相对应。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：高压传递介质液压油与纳米胶体在高压容器内由柔性密封囊隔离而不相互混合，实现了压力油与纳米胶体的独立循环，消除了纳米胶体易被污染的问题，纳米胶体的喷射能量得到控制，实现了自由基一羟基与工件表面原子的化学吸附，胶体中纳米颗粒与工件表面原子发生的可逆聚合分解反应得到了保证，同时实现了利用流体黏附作用来移除工件表面的纳米颗粒及工件表面原子。本发明还采用了双通道结构，双通道交替、循环使用，装置可连续工作，提高了装置的工作效率；本发明采用了小口径喷嘴进行纳米胶体射流抛光，能量集中作用于抛光区域，适用于超光滑表面光学元件的加工、修正及抛光；采用数控机床实现小曲率半径的球曲面及非球曲面光学元件的加工、修正及抛光。本发明还可应用于自由曲面光学元件的加工、修正及抛光。本发明的抛光装置结构简单、紧凑，易于实现计算机的全自动控制，利用本发明装置可实现原子级超光滑表面的纳米胶体射流抛光。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明将工件倒置安装的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括第一两位三通控制阀1、第一柔性密封囊24、第一高压容器23、第四两位三通控制阀6、蓄能器7、柱塞泵8、液压油箱9、封闭的纳米胶体容器10、蠕动泵11、抛光液槽18、喷嘴19、阀体26、第一管路31、第二管路32、第三管路33、第四管路34、第五管路35、第六管路36、第七管路37和数控机床，所述第一柔性密封囊24安装在第一高压容器23内，所述第四管路34的下端穿过第一高压容器23与第一柔性密封囊24的上端连通，所述第四管路34的上端与第一两位三通控制阀1连通，所述封闭的纳米胶体容器10通过第五管路35与第一两位三通控制阀1连通，所述蠕动泵11安装在第五管路35上且与第五管道35连通，所述第一高压容器23的下端通过第三管路33与第四两位三通控制阀6，所述液压油箱9通过第一管路31与第四两位三通控制阀6连通，所述第二管路32的下端安装在液压油箱9内，第二管路32的上端与第四两位三通控制阀6连通，所述蓄能器7通过阀体26安装在第二管路32上且与第二管路32连通，所述柱塞泵8安装在第二管路32上，柱塞泵8与第二管路32连通，且所述柱塞泵8位于蓄能器7的下方，所述第六管路36的一端与第一两位三通控制阀1连通，所述第六管路36的另一端与第七管路37的一端连通，所述第七管路37的另一端安装有喷嘴19，且所述第七管路37与数控机床的夹具22固接，所述抛光液槽18套装在数控机床的电机16的输出轴上，所述工作台17安装在抛光液槽18内的数控机床的电机16输出轴的端面上，且工作台17的安装位置与喷嘴19相对应。所述数控机床为德国DMG公司生产的5轴数控龙门机床，其型号为HSC20linear。也可根据实际抛光要求选择或开发适宜的数控平台。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的喷嘴19为直径为0.05mm～0.5mm的小口径圆柱喷嘴或狭缝喷嘴。如此设置，能量集中作用于抛光区域，适用于超光滑表面光学元件的加工、修正及抛光。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的抛光装置还增加有纳米胶体循环装置12、第八管路38和第九管路39，所述纳米胶体循环装置12的上端通过第九管路39与抛光液槽18连通，所述纳米胶体循环装置12的下端通过第八管路38与封闭的纳米胶体容器10连通。如此设置，纳米胶体可循环使用。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的抛光装置还增加有第二柔性密封囊3、第二高压容器4、第二两位三通控制阀2、第三两位三通控制阀5、第十一管路41、第十二管路42、第十三管路43、第十四管路44和第十五管路45，所述第二柔性密封囊3安装在第二高压容器4内，所述第十三管路43的下端穿过第二高压容器4与第二柔性密封囊3的上端连通，所述第十三管路43的上端与第二两位三通控制阀2连通，所述第二两位三通控制阀2通过第十五管路45与管路35连通，所述第十四管路44的一端与第三两位三通控制阀5连通，所述第十四管路44的另一端与第七管路37连通，所述第二高压容器4的下端通过第十二管路42与第三两位三通控制阀5，所述第十一管路41的一端与第三两位三通控制阀5连通，所述第十一管路41的另一端与第二管路32连通，且第十一管路41的安装位置位于蓄能器7的上方。如此设置，双通道结构，双通道交替循环使用，可连续工作，提高了装置的工作效率。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的抛光装置还增加有惰性气体进出室25，所述惰性气体进出室25套装在抛光液槽18和喷嘴19的外部。如此设置，有效防止加工件被氧化。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

结合图1和图2说明本发明的工作原理：打开第一两位三通控制阀1，启动蠕动泵11向第一高压容器23内的第一柔性密封囊24输送纳米胶体，待纳米胶体充满第一柔性密封囊24时，关闭第一两位三通控制阀1和第三两位三通控制阀5，打开第二两位三通控制阀2和第四两位三通控制阀6。启动柱塞泵8，液压油经蓄能器7稳压后从第四两位三通控制阀6进入第一高压容器23内，高压液压油挤压第一柔性密封囊24内的纳米胶体，纳米胶体经第一两位三通控制阀1进入喷嘴19，从喷嘴19射向被加工工件，对其进行抛光加工，抛光时通过数控机床的计算机控制数控机床的第一轴向导轨14、第二轴向导轨15、第三轴向导轨20及第四轴向转台21的运动，使喷嘴19和工作台17按照计算机内设定的轨迹运动，从而实现特定的抛光轨迹。第一柔性密封囊24内的纳米胶体进行抛光的同时，通过蠕动泵11给第二高压容器4内的第二柔性密封囊3输送纳米胶体，纳米胶体进入第二柔性密封囊3，将第一高压容器4内的液压油压出，经第三两位三通控制阀5排回液压油箱9，被柱塞泵8循环使用。第二柔性密封囊3内充满纳米胶体后，信号被返回由计算机控制系统自动关闭蠕动泵11，第二柔性密封囊3待用。当第一柔性密封囊24内的纳米胶体即将用完时，打开第一两位三通控制阀1和第三两位三通控制阀5，关闭第二两位三通控制阀2和第四两位三通控制阀6，第二柔性密封囊3内的纳米胶体开始进行抛光，而第一柔性密封囊24可进行胶体注入，如此循环工作。从喷嘴19射出的纳米胶体，送入纳米胶体循环装置12内，重新进行冷却，然后再送回封闭的纳米胶体容器10内。整个纳米胶体射流抛光过程在惰性气体进出室25中进行，可避免加工过程中纳米胶体及工件与大气中的氧气发生氧化反应，保证工件不被氧化。本发明在应用过程中亦可将工件倒置安装。

Claims (5)

1、一种纳米胶体射流抛光装置，它包括第一两位三通控制阀(1)、第一柔性密封囊(24)、第一高压容器(23)、第四两位三通控制阀(6)、蓄能器(7)、柱塞泵(8)、液压油箱(9)、封闭的纳米胶体容器(10)、蠕动泵(11)、抛光液槽(18)、喷嘴(19)、阀体(26)、第一管路(31)、第二管路(32)、第三管路(33)、第四管路(34)、第五管路(35)、第六管路(36)和第七管路(37)，其特征在于：所述第一柔性密封囊(24)安装在第一高压容器(23)内，所述第四管路(34)的下端穿过第一高压容器(23)与第一柔性密封囊(24)的上端连通，所述第四管路(34)的上端与第一两位三通控制阀(1)连通，所述封闭的纳米胶体容器(10)通过第五管路(35)与第一两位三通控制阀(1)连通，所述蠕动泵(11)安装在第五管路(35)上且与第五管道(35)连通，所述第一高压容器(23)的下端通过第三管路(33)与第四两位三通控制阀(6)，所述液压油箱(9)通过第一管路(31)与第四两位三通控制阀(6)连通，所述第二管路(32)的下端安装在液压油箱(9)内，第二管路(32)的上端与第四两位三通控制阀(6)连通，所述蓄能器(7)通过阀体(26)安装在第二管路(32)上且与第二管路(32)连通，所述柱塞泵(8)安装在第二管路(32)上，柱塞泵(8)与第二管路(32)连通，且所述柱塞泵(8)位于蓄能器(7)的下方，所述第六管路(36)的一端与第一两位三通控制阀(1)连通，所述第六管路(36)的另一端与第七管路(37)的一端连通，所述第七管路(37)的另一端安装有喷嘴(19)，且所述第七管路(37)与数控机床的夹具(22)固接，所述抛光液槽(18)套装在数控机床的电机(16)的输出轴上，所述工作台(17)安装在抛光液槽(18)内的数控机床的电机(16)输出轴的端面上，且工作台(17)的安装位置与喷嘴(19)相对应。

2、根据权利要求1所述纳米胶体射流抛光装置，其特征在于：所述喷嘴(19)为直径为0.05mm～0.5mm的小口径圆柱喷嘴或狭缝喷嘴。

3、根据权利要求1所述纳米胶体射流抛光装置，其特征在于：所述抛光装置还包括纳米胶体循环装置(12)、第八管路(38)和第九管路(39)，所述纳米胶体循环装置(12)的上端通过第九管路(39)与抛光液槽(18)连通，所述纳米胶体循环装置(12)的下端通过第八管路(38)与封闭的纳米胶体容器(10)连通。

4、根据权利要求3所述纳米胶体射流抛光装置，其特征在于：所述抛光装置还包括第二柔性密封囊(3)、第二高压容器(4)、第二两位三通控制阀(2)、第三两位三通控制阀(5)、第十一管路(41)、第十二管路(42)、第十三管路(43)、第十四管路(44)和第十五管路(45)，所述第二柔性密封囊(3)安装在第二高压容器(4)内，所述第十三管路(43)的下端穿过第二高压容器(4)与第二柔性密封囊(3)的上端连通，所述第十三管路(43)的上端与第二两位三通控制阀(2)连通，所述第二两位三通控制阀(2)通过第十五管路(45)与管路(35)连通，所述第十四管路(44)的一端与第三两位三通控制阀(5)连通，所述第十四管路(44)的另一端与第七管路(37)连通，所述第二高压容器(4)的下端通过第十二管路(42)与第三两位三通控制阀(5)，所述第十一管路(41)的一端与第三两位三通控制阀(5)连通，所述第十一管路(41)的另一端与第二管路(32)连通，且第十一管路(41)的安装位置位于蓄能器(7)的上方。

5、根据权利要求1、2、3或4所述纳米胶体射流抛光装置，其特征在于：所述抛光装置还包括惰性气体进出室(25)，所述惰性气体进出室(25)套装在抛光液槽(18)和喷嘴(19)的外部。

Images