[發明專利]一種微結構模具超聲空化輔助超聲磁力拋光方法

有效

• 申請號: 202010078242.8
• 申請日: 2020-01-24
• 公開（公告）號: CN111215970B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 梁志強;李蒙招;杜宇超;王西彬;周天豐;趙文祥;焦黎;解麗靜;劉志兵
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04
• 代理公司: 北京慧而行專利代理事務所(普通合伙) 11841
• 代理人: 李銳

本發明公開一種雙超聲輔助磁力拋光微結構模具的裝置和方法，通過單獨設置產生超聲空化效應的超聲振動裝置，能夠保證拋光區域產生充分的超聲空化現象，增大拋光壓力，同時，由于微結構模具完全浸沒在拋光液中，拋光液中的納米SiO₂顆粒對模具材料也有一定拋光作用，利于模具材料的去除，提高拋光表面質量。此外，不同于現有技術中機床超聲主軸垂直于待拋光工件的表面，本發明中的機床超聲主軸平行于微結構模具的待拋光表面設置，通過環形永磁體的圓周面進行拋光加工，整個拋光加工區域的切向線速度從中心到邊緣是一致的，因此增大了拋光加工速度，提高了加工效率。

技術領域

一種雙超聲輔助磁力拋光微結構模具的裝置和方法，屬于精密制造領域，具體涉及一種微結構模具精密拋光工藝方法及實現裝置。

背景技術

微結構光學元件廣泛地的應用在國防軍事、機械電子、光學及光電子領域，如手機、電腦等電子設備液晶顯示屏幕中的微透鏡陣列背光組模，它能夠使顯示屏幕獲得明亮而又均勻的顯示效果；機械電子領域中的光纖連接器、微傳感器，生物醫學領域中的無影燈，軍事衛星成像系統內的大口徑波帶片、導彈內的制導系統等都有微結構光學元件的應用。目前人們對微結構光學元件的需求迅速增加，為了實現微結構光學元件的大批量、低成本生產，較為成熟的方案是首先利用精密磨削加工技術生產出具有微結構表面的模具，再利用玻璃模壓工藝進行微結構光學元件批量生產。

在進行微結構光學元件的模壓加工時，微結構模具的加工質量直接影響著最終的產品性能和生產成本。采用精密磨削加工技術制造出的微結構模具通常表面質量較差，易出現微凹坑、微裂紋等缺陷，嚴重影響微結構元件的加工質量，因此，對磨削加工出的微結構模具還要進行拋光。

現有技術中常采用超聲波磁流變復合拋光的方法對硬脆材料(玻璃、陶瓷、晶體、寶石等)的表面進行研磨加工，如CN205342683U、CN1613605A等，在超聲波發生裝置的下部設置磁性研磨頭，磁流變液通過循環輸送裝置輸送到工件表面，加工時，超聲研磨裝置產生高頻振動，使得磨粒在超聲振動和壓力下不停沖擊工件表面，同時拋光液使超聲振動產生空化現象，強化了拋光研磨的作用。然而，由于模壓光學元件所使用的微結構模具多為硬質合金，其材料性質與前述硬脆材料完全不同，采用傳統的超聲波磁流變復合拋光方法對微結構模具進行研磨拋光，并不能達到理想的拋光效果，無法滿足微結構模具表面的高質量加工需要。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供了一種特別適用于微結構模具表面拋光加工的雙超聲輔助磁力拋光方法和實現裝置，可實現微結構模具的高效率、高質量拋光加工。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種雙超聲輔助磁力拋光微結構模具的裝置，其特征在于，主要包括以下結構：

水槽，所述水槽中裝有拋光液，所述微結構模具固定在所述水槽的底部平臺上，并完全浸沒在所述拋光液中，所述拋光液由納米SiO₂、分散劑、水等組成，其中，SiO₂粒徑為50～100nm，SiO₂磨粒含量為2％～10％；

機床超聲主軸，所述機床超聲主軸平行于所述微結構模具的待拋光表面設置；

環形永磁體，所述環形永磁體通過鋁盤安裝在所述機床超聲主軸上，其周圍吸附有磁性磨粒，形成類似砂輪的柔性磁力刷結構，所述磁性磨粒主要由鐵粉和氧化鋁顆粒組成；

所述環形永磁體在機床超聲主軸的帶動下做旋轉運動并沿預定方向進給，同時，所述機床超聲主軸產生沿軸向的超聲振動，帶動所述磁性磨粒不斷沖擊所述微結構模具表面，起到拋光作用；

超聲振動裝置，所述超聲振動裝置由電源、超聲波發生器和超聲振動子組成；