[發明專利]浮力磨粒球拋光技術

無效

• 申請號: 200610155412.8
• 申請日: 2006-12-22
• 公開（公告）號: CN101204790A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 戴勇;鄧乾發;虞勛杰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B31/00
• 分類號: B24B31/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 王兵;袁木棋

所屬技術領域

本發明涉及一種超精密拋光技術，特別是進行平面和平緩變化曲面的超精密拋光的技術。

背景技術

目前傳統的拋光加工方法容易造成表面損傷，加工一致性差，這些問題隨著材料尺寸的不斷增大，加工要求的不斷提高顯得更加突出。當表面粗糙度和波紋度到達納米、亞納米尺度時，任何非均勻的表面材料去除作用都可能導致較大的表面波動，任何一個異常顆粒就可能造成較大的表面缺陷導致加工器件報廢。其原因就在于傳統的拋光加工方法對磨粒的尺寸變化十分敏感。即使沒有大的異常顆粒，磨料本身不可避免的尺寸分散性也會引起劃痕等表面損傷。為了避免加工表面和亞表面層損傷，往往采用軟磨料，降低加工壓力，又致使加工過程漫長，造成效率低下，成本高昂。傳統的拋光方法所面臨的一個關鍵問題就是磨料與工件接觸點的壓力極不均勻。

總體而言，在采用傳統的拋光方法進行加工的過程中，磨粒在研磨液中隨機分布，難以保證磨料的分布均勻，且磨料尺寸本身大小不一，使得各磨粒與工件接觸點的壓力不均，造成材料表面去除一致性難以控制。目前的超精密加工方法都不能像車削一樣有效地控制切深(材料去除作用)，在拋光階段很難實現合理的分工步加工，其原因是磨粒與工件接觸點的壓力難以控制，結果是效率難以提高，工藝穩定性差。

發明內容

本發明想要克服現有技術存在的各接觸點的壓力不均、材料表面去除一致性難以控制、效率底、工藝穩定性差、對環境適應性差的不足，提供一種磨粒與工件接觸點的壓力均勻、有效地控制研磨/拋光表面材料去除作用的一致性，且成本低、效率高的研磨/拋光加工方法。

本發明所述的新型的拋光方法，包括下列加工步驟：

(1)制作浮力磨粒球：將磨粒和發泡材料、膠體的混合物進行攪拌，制成密度小于液體的球體；

(2)將浮力磨粒球浸入液體中，制得加工混合液，通過增減浮力磨粒球的數量或體積，調節加工壓力；

(3)將欲拋光的工件的表面浸沒入混合液中，壓在浮力磨粒球上

(4)使加工面與混合液相對運動，產生研磨或拋光作用。

進一步，所述的浮力磨粒球加入液體中按層排列，先根據工件材料和加工要求確定磨粒球的浮力和磨粒球的初始層數，隨著表面粗糙度的降低，逐漸減少磨粒球的層數調節加工壓力，從而實現合理的分工步加工，提高拋光的綜合效率。

該技術是一種軟接觸拋光方法，省去了傳統研磨/拋光加工的拋光盤和拋光墊，以磨粒球作為拋光工具，由磨粒球的浮力產生拋光壓力，而加工設備的運動方式和傳統的拋光方法相類似。通過控制磨粒球的體積和密度，可以很好地控制磨粒球的浮力的一致性，從而保證磨粒與工件接觸點的壓力的均勻性，有效地控制拋光表面材料去除作用的一致性。該方法對磨粒的尺寸不敏感，即使有大顆粒磨料或雜質出現，也不會引起局部拋光壓力的劇烈變化。并且，該技術可以用于平緩變化曲面的拋光。

磨粒與工件接觸點的壓力主要和磨粒球的浮力有關，當磨粒球完全浸入液體中時，接觸點的壓力P可以用下式表示：

P＝N(F-W)＝N(Vk-mg)

式中，N為磨粒球層數，F為單顆磨粒球的浮力，W為單顆磨粒球的重力，V為單顆磨粒球的體積，k為液體的比重，m為單顆磨粒球的質量，g為重力加速度。

可以看到，相對傳統的拋光方法，磨料的尺寸分散性所引起的接觸點的壓力變化可以忽略不計。

本發明的優點在于：在采用本發明提供的技術進行拋光加工時，先根據工件材料和加工要求確定磨粒球的浮力和磨粒球的初始層數，隨著表面粗糙度的降低，逐漸減少磨粒球的層數，從而實現合理的分工步加工，提高拋光的綜合效率。與現有技術相比，本發明提出的加工裝置結構簡單，能夠達到主動控制作用于加工工件表面各點壓力的一致性。同時由于在加工過程中，工件始終浸入水中，磨料的尺寸變化引起的接觸點的壓力變化可以忽略不計，相對于傳統拋光加工過程需要嚴格控制加工環境的潔凈度要求，浮力磨粒球研磨/拋光技術對加工環境有很好的適應性。通過自動化控制加工過程，減少了人為因素的影響，提高了加工的一致性和穩定性。結合合理的加工工藝，可以有效提高精度和效率，實現批量生產，在加工精度、效率及機械結構上具有明顯的綜合優勢。

下面結合附圖對本發明的具體技術方案及工作過程作進一步說明：

附圖說明

圖1是本發明給出的制作浮力磨粒球時所依據的計算原理圖。

曲線表示為在不同的浮力磨粒球密度ρ_球下，單個浮力磨粒球作用于加工件表面的壓力P隨浮力磨粒球直徑D變化的關系式。