[發明專利]一種基于熱流變材料的拋光方法與裝置

有效

• 申請號: 201810187956.5
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108381364B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 徐志強;王秋良;吳衡;易理銀;張高峰;姜勝強;朱科軍
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B24B29/02
• 分類號: B24B29/02;B24B51/00;B24B55/06;B24D5/00;B24D3/22;B24D3/20
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 徐樓

一種基于熱流變材料的拋光方法，包括以下步驟：1）將工件裝在驅動軸的夾具上，向拋光池中加入載熱體；2）啟動載熱體循環系統，調節載熱體溫度從而控制熱流變彈性體磨頭的剛度使之滿足工藝要求；3）調節夾具，同時控制拋光主軸運動，使熱流變彈性體磨頭與工件對磨，利用磨粒的微切削作用實現對工件表面材料的確定性去除。還提供一種基于熱流變材料的拋光裝置，主要包括：拋光主軸、熱流變彈性體磨頭、工件及夾具、載熱體循環系統等。本發明的拋光介質穩定性高、材料去除率高、去除?？煽刂?，同時具有變剛度特性，對面型適應性好，適合對復雜型面高效率、高精度加工。

技術領域

本發明涉及復雜曲面零件精密超精密加工領域，尤其涉及一種基于熱流變材料的拋光方法與裝置。

背景技術

精密、超精密加工是獲得高形狀精度、表面精度和表面完整性的必要手段，其中拋光是決定表面質量優劣至關重要的一步，隨著對產品質量和多樣化的要求日益提高，微小尺寸、復雜型面零件在航空、航天、國防以及高科技民用領域應用越來越廣泛，這些零件尺寸小、多數屬于硬脆難加工材料，對加工精度、可靠性要求很高，不允許存在表面損傷或者亞表面損傷，還要求具備高效、成批生產的能力，這些對目前的表面處理技術又提出了巨大的挑戰。傳統的拋光方法通常采用游離磨粒流、磨粒膠體對工件表面沖擊達到材料去除的目的，這種方法能夠得到較好的表面質量，但是依賴操作者的工作經驗，工作周期比較長，效率較低，加工質量得不到保證；或者，直接用普通的橡膠砂輪磨削工件表面，這種方法的材料去除率相對較高，但是橡膠砂輪對面型的適應性差，不適合拋光復雜曲面工件，而且用橡膠砂輪加工的零件容易殘留表面損傷和亞表面損傷。

為了解決現有拋光技術存在的問題，一些專家學者開始以智能微納米材料為載體研究新型拋光介質，如磁流變液、剪切增稠液等，然而這些智能材料拋光液的穩定性差、易沉降、配置成本高，對環境有一定的污染。熱流變彈性體是一種剛度可變的溫敏材料，在一定的溫度范圍內，彈性體會在微觀上產生物理或化學性質的變化，在宏觀上表現為材料剛度的變化，而且這種變化具有可逆性，可以用在精密超精密加工領域。

發明內容

為了克服現有拋光技術中拋光介質對復雜型面適應性差、拋光效率低、自動化程度低、而成本較高的不足，本發明提供一種加工效率高、成本較低的基于熱流變材料的拋光方法與裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于熱流變材料的拋光方法，與現有的拋光設備結合使用，包括以下步驟：

1)將工件固定在位于拋光池中的驅動軸的夾具上，然后向拋光池中注滿載熱體；

2)啟動載熱體循環系統，用溫控裝置控制載熱體溫度，從而調節熱流變彈性體磨頭的剛度滿足工藝要求；

3)調節夾具，同時控制拋光主軸運動，使熱流變彈性體磨頭與工件對磨，利用磨粒的微切削作用實現對工件表面材料的確定性去除。

4)重復步驟2)和步驟3)，根據拋光工藝要求，通過控制載熱體溫度實時調節熱流變彈性體磨頭的剛度，繼續用來拋光工件，直到獲得符合要求的工件表面。

進一步，所述的拋光設備為數控機床。

進一步，所述的載熱體是低粘度液體，可以為水、硅油、植物油等，能提供0～150℃的恒溫環境。

進一步，所述的熱流變彈性體磨頭主要由磨粒、導熱填充物和高分子聚合物基體組成，其剛度在不同的溫度下具有特定的值。

進一步，所述步驟2)中，載熱體循環系統使載熱體循環流動，一方面通過接觸式傳熱提供恒溫環境，溫度調節迅速，另一方面帶走拋光產生的廢屑并過濾掉。

進一步，所述步驟3)中，所述夾具可以轉動，所述熱流變彈性體磨頭在拋光主軸的控制下可以上下左右移動、擺動及轉動。