[發明專利]一種基于預混磨料的脈沖水射流拋光裝置及拋光方法

在審

• 申請號: 202011441246.4
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112497081A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 曹中臣;呂秉銳;閆升親
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B24C1/08
• 分類號: B24C1/08;B24C5/02;B24C7/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種基于預混磨料的脈沖水射流拋光方法，利用脈沖水射流拋光裝置實現，脈沖水射流拋光裝置包括磨料攪拌單元和脈沖噴射單元，磨料攪拌單元包括攪拌器控制器，脈沖噴射單元包括脈沖裝置、脈沖控制電機、脈沖控制器和用于噴射射流水柱噴嘴，通過控制攪拌電機、供液電機和的脈沖控制電機的狀態及運動工作臺的運動，以改變工件相對射流水柱的位置，通過壓力控制器調節射流水柱與工件表面的接觸壓力，使得射流水柱與工件表面的接觸壓力和速度發生瞬態變化，從而改變射流水柱與工件表面的接觸狀態。本發明可以使得射流水柱與工件表面實現斷續脈沖接觸，以實現可控制斷續磨料水射流，以確保拋光液接觸過程實時可控。

技術領域

本發明涉及一種拋光方法，尤其涉及一種預混磨料水射流拋光方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，自由曲面逐漸充斥著人們的生活，小到汽車車燈、眼鏡鏡片，大到軍事裝備，自由曲面在民用生活、航天航空、國防科技等領域都有著廣泛的應用。傳統的自由曲面加工方式包括有：超精密車削、銑削、磨削加工等，然而自由曲面由于高精度需求往往難以通過精確的數學方程表達，這給傳統加工方式帶來了嚴重的挑戰。此外，傳統加工方式不可避免的刀痕軌跡，使得高精度自由曲面必須要通過拋光處理。

磨料水射流技術從純水射流技術發展而來，經歷了水切割、巖石破碎等應用后逐漸在精密拋光領域得以應用。磨料水射流技術由于其超強加工柔性，適應于各種類型的自由曲面，加工過程中有微小磨粒不斷沖擊切削工件表面，幾乎無熱產生，近乎無損傷去除。然而傳統磨料水射流技術對于表面材料去除率較小，提高材料去除率的主要方式依靠射流壓力增加、磨料粒徑增大。隨著壓力增加或粒徑增大，射流管道、增壓泵、控制閥的磨損也隨之加劇，顯著提升加工成本。

脈沖水射流的方法可以通過控制射流水柱與工件表面接觸狀態，實現射流水柱對工件表面沖擊波作用時長，提高磨料與工件表面接觸速度從而實現高效去除的目的。對于脈沖水射流主要的控制參數包括有，脈沖頻率和加工與間歇時長占比。脈沖頻率可以分為固定頻率和可變頻率，固定頻率即指沖擊頻率不隨時間變化，同理，可變頻率可視為沖擊頻率隨加工時間而變化。隨著脈沖頻率的增加，單位時間內的射流沖擊次數增加。加工與間歇時長占比即指有加工時長而加工間歇時間的所占比例，隨著間歇時長縮短，單位時間內實際加工時長增加，同樣有利于加工效率提高。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提出一種基于預混磨料的脈沖水射流拋光方法，采取利用脈沖噴射裝置對射流水柱進行切割，實現可控制斷續磨料水射流，以確保拋光液接觸過程實時可控。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種基于預混磨料的脈沖水射流拋光裝置，包括磨料攪拌單元、運動工作臺、供液單元和拋光液回流單元，所述磨料攪拌單元包括攪拌器、攪拌電機和攪拌器控制器，所述供液單元包括供液泵、供液電機和儲液器；該脈沖水射流拋光裝置還包括脈沖噴射單元，所述脈沖噴射單元包括噴嘴、脈沖裝置、脈沖控制電機和脈沖控制器；所述儲液器與所述噴嘴之間設有進液口；所述攪拌器控制器控制所述攪拌電機的狀態，利用壓力控制器控制所述供液電機的狀態，所述脈沖控制器控制所述脈沖控制電機的狀態；所述噴嘴用于噴射射流水柱，所述射流水柱由供液單元提供的預混磨料形成，通過所述運動工作臺的運動，以實現工件相對射流水柱的位置，所述脈沖控制器通過控制所述脈沖控制電機實現脈沖裝置相對射流水柱的位置。

進一步講，本發明所述的脈沖水射流拋光裝置，其中，所述壓力控制器通過控制所述供液電機實現所述噴嘴噴射的射流水柱的噴射壓力。

所述拋光液回流單元包括水槽和水箱。

同時，本發明還提出了一種所述的基于預混磨料的脈沖水射流拋光裝置實現脈沖水射流拋光方法，所述脈沖控制器通過所述脈沖控制電機調節所述脈沖裝置的運動速度和所述脈沖裝置相對射流水柱的位置，通過所述壓力控制器調節射流水柱與工件表面的接觸壓力，通過控制脈沖裝置相對射流水柱的位置，使射流水柱與工件的接觸面積發生變化，使得射流水柱與工件表面的接觸壓力和速度發生瞬態變化，從而改變射流水柱與工件表面的接觸狀態。