[發明專利]非牛頓流體剪切增稠與電解復合效應的超精密加工裝置

有效

• 申請號: 201410436897.2
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104191340B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 呂冰海;董晨晨;李敏;戴偉濤;翁海舟;鄧乾發;袁巨龍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B29/00
• 分類號: B24B29/00;C09G1/02
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及超精密加工領域，尤其是一種針對平面、柱面、非球面、異形面等各種曲面的高效、高質量的超精密拋光裝置。

背景技術

拋光作為曲面超精密加工的最重要的工序，主要作用就是去除前期加工工序產生的表面破壞層，修正面型誤差，減小工件表面粗糙度。曲面零件廣泛應用于天文、航天航空、航海、汽車零部件、模具等領域。如在天文觀測領域使用非球面光學零件能夠提高觀測設備的鑒別能力、簡化設備結構；大量的模具型腔及汽車零部件采用復雜的自由曲面。復雜曲面的加工質量對設備性能有重要影響，如光學系統中的反射鏡，其面型誤差會給系統成像帶來各種像差，而其表面粗糙度則會使光線發生大角度散射，降低鏡面反射率及系統分辨率；美國太陽動力學觀測站中AIA望遠鏡，其反射鏡經超精密加工后表面粗糙度達到0.44nm，可使儀器分辨率在13.1～30.4nm波段僅產生約0.42″的誤差；航空發動機的壓氣機轉子葉片在經過精加工其面型誤差由60μm降至12μm、表面粗糙度由0.5μm降至0.2μm后，則發動機的壓縮效率將由87％提高至94％。

目前開發的曲面工件精密加工或拋光技術主要包括計算機控制表面成型、磁場輔助拋光、磨粒流拋光以及氣囊拋光等。計算機控制表面成型屬于傳統的接觸式拋光技術，一般是通過較小的拋光工具來適應工件曲面曲率的變化，以犧牲拋光效率來獲得高的面形精度要求，但拋光工具曲率與被加工曲面曲率吻合差，影響了加工精度。磁場輔助拋光方法是利用磁場控制磁性磨?；虼帕髯儝伖庖簩ぜ砻孢M行拋光，是一類高效、柔性的拋光方法，能夠獲得很好的加工效果，但較為復雜的磁場輔助設備和較高的加工介質使用成本制約了這類拋光方法的應用。磨粒流拋光是通過載有磨料的黏彈體在壓力下反復通過工件表面實現拋光加工，其需要復雜的磨粒流推動系統，工件拋光效率較低，表面質量對磨粒尺寸差異敏感。氣囊拋光是使用一個氣壓可控的充氣氣囊作為拋光工具進行拋光加工，由于加工工具尺寸的限制僅可加工中-大口徑曲面，并對工件邊緣拋光質量控制較差。

電解拋光利用金屬表面微觀凸點在特定電解液中和適當電流密度下，發生陽極溶解的原理進行拋光，可以保證良好的加工精度和表面質量，獲得較高的加工效率，成本較低，適用于金屬工件。然而，電解拋光存在以下不足：對表面有序化組織敏感性較大；較難保持零件尺寸和幾何形狀的精確度；；拋光后工件表面易存有斑點。

專利(CN201210192915.8)公開了一種基于非牛頓流體剪切增稠效應的超精密曲面拋光方法。基于非牛頓流體剪切增稠效應的拋光方法，主要是利用拋光液與工件接觸部分受剪切而增稠，接觸區域的拋光液的粘度增大，增強了對磨粒或微粉的把持力，拋光液中具有拋光作用的磨?；蛭⒎蹖ぜa生微切削作用或化學機械作用實現工件表面材料的去除，從而實現對工件表面的拋光。

發明內容

針對目前的超精密拋光過程中拋光效果差、成本高的問題，本發明提出了一種適用范圍廣、效率高、質量高、成本低、裝置結構與控制簡單的一種基于非牛頓流體剪切增稠與電解復合效應的超精密加工裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于非牛頓流體剪切增稠與電解復合效應的超精密加工裝置，包括拋光工具、拋光工具夾具、工件夾具和拋光池，所述拋光工具位于拋光池內，所述拋光池內放置拋光液，所述工件夾具上的工件位于拋光池內且與所述拋光工具之間存在間隙，所述工件夾具與工件驅動機構連接，所述拋光工具夾具與拋光工具驅動機構連接，所述工件夾具的導電件與電源陽極連接，所述拋光工具夾具的導電件與電源陰極連接，所述拋光液為在具有剪切增稠效應的非牛頓流體中添加磨粒或微粉、電解液成分的拋光液。

進一步，所述設備還包括循環系統，循環系統與所述拋光池連接，拋光液在經循環系統中拋光池的底部抽出并從拋光池上部輸入。

再進一步，所述的工件夾具上安裝有陽極電極，所述陽極電極通過電刷連接電源陽極,工件被安裝到所述的工件夾具后與陽極電極接觸緊固。

所述的拋光工具夾具上安裝有陰極電極，所述陰極電極通過電刷連接電源陰極,所述的拋光工具被安裝到所述的拋光工具夾具后與陰極電極接觸緊固。

所述循環系統包括循環管路、拋光液溫控與過濾裝置、拋光液補給裝置和泵，所述循環管路上安裝所述泵和拋光液溫控與過濾裝置，所述泵上連接所述拋光液補給裝置。

所述拋光液過濾裝置包括過濾大顆粒磨削的濾網和添加或取出拋光液的進出料口。