[发明专利]一种曲面零件的精密高效抛光方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于精密超精密加工技术，涉及一种曲面零件的精密高效抛光方法及装置，特别涉及各种复杂异形曲面、非球曲面等各种曲面的高效、超精密抛光方法及装置。

技术背景

近年来，随着科学技术的快速发展和生活水平的日益提高，虽然我国在航空航天、船舶工业、汽车工业、模具和生物医学等领域发展迅速并取得很大进步，但是产品的加工精度、加工质量、加工效率和加工成本等严重制约了我国科技工业的发展。其中对于曲面的精加工而言尤为明显，特别是各种复杂异形曲面、非球曲面等各种曲面的高效、超精密加工。

在航空航天、船舶工业、汽车零件、模具和生物医用植入物等制造业中为了消除加工痕迹、毛刺和线切割加工变质层等，需要对各种曲面零件进行抛光加工和表面强化处理。

在航空制造业中，良好的抛光处理能改善航空发动机零件的表面质量、提高零件的疲劳强度、增加飞机燃料系统的性能和改善液压系统的压力、增大飞机所产生的气流，延长零件的寿命等。在船舶工业中，螺旋桨是船舶的推进器，桨叶是一种典型的复杂曲面，由于桨叶表面质量的高低直接影响了螺旋桨抗腐蚀能力、使用寿命、噪音等工作性能。良好的抛光处理能实现降低桨叶表面粗糙度、减少桨叶表面机加工缺陷和残余应力，保证螺旋桨叶片表面质量到达设计和实用要求。在汽车工业中，许多汽车零件为复杂曲面，如汽缸、发动机缸、燃料或气体流过的微细孔洞与轮毂，通过研磨加工能改善表面质量与精度。在模具行业中改善电火花线切割加工留下的毛刺与加工变质层，从而提高模具表面质量和精度。特别是医药和食品行业中的传输管道，如果各种孔洞表面存在微小缺陷，会导致残留物而滋生细菌污染食品与药品等。生物医用植入物中如人工髋关节与膝关节的植入物都需要相当高的表面质量和精度。

随着市场对上述产品的需求迅速增加和市场对模具和产品表面精度要求的日益提高，航空发动机叶片，船舶螺旋桨叶、汽车轮毂、模具、生物医用植入物等产品的要求趋向于更低的成本、更高的表面质量和加工效率，所以精密加工技术的应用更加重要。因此，如何高效、低成本的加工高品质的各种曲面零件已经成为超精密加工领域的一项重要的课题。

抛光加工方法对各种曲面的表面质量和加工效率有着重要的影响。传统的复杂曲面抛光方法有砂轮抛光、电化学抛光、超声波辅助抛光、磁性磨粒研磨/抛光、磁流变抛光、气囊抛光、液体射流抛光等。超声波辅助抛光只能以超声波刀具的形状来做成型抛光加工，磁力抛光必须配合导磁性的磨粒才能进行抛光；砂轮抛光只能对简单的形状曲面抛光加工而且需要进行修整；电化学抛光的化学溶液对环境有影响。气囊抛光不能满足复杂异型曲面的光整加工要求。磁性磨粒研磨/抛光由于磁性磨粒的制备过程复杂、成本高昂，而且对于较为复杂的曲面仍需要复杂的成型运动，因此使该方法的应用受到一定限制。磁流变加工方法目前主要用于平面或曲面光学玻璃元件的精密、超精密加工。磁流变液的成本较高，其性能会随加工时间的增加而下降。

综上所述，现有的曲面抛光技术需要依靠复杂、精密的机床设备来保证成形运动，加工过程复杂、设备成本高，而且很难满足各种曲面加工的高效高精密加工要求。因此，对于各种曲面尤其是复杂异形曲面的高效高精密加工而言，迫切需要一种既能实现较高的加工精度和加工效率，又具备低成本、高一致性的新型曲面抛光方法及抛光装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的加工设备复杂成本高、加工效率低、加工一致性差、难以满足各种曲面尤其是复杂异形曲面的高精密高效加工要求的不足等，提出一种既能实现较高的加工精度、加工一致性和加工效率，又具备加工设备结构简单、成本低的新型曲面抛光装置及方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种曲面零件的精密高效抛光方法，其特征在于，使得抛光液中悬浮有吸附有磨粒的多孔微球，多孔微球为磨粒的载体作为待抛光工件曲面的抛光工具；

将待抛光的工件安装在工件夹持装置上，并将待抛光工件浸入抛光槽的抛光液中，在驱动力的作用下，工件夹持装置旋转带动待抛光工件作运动；

开启位于抛光液底部的超声波发生器，在超声波激励作用力和抛光液粘滞力的共同作用下，多孔微球吸附的磨粒对待抛光工件表面材料进行去除，从而实现对待抛光工件的抛光。

所述的多孔微球采用多孔聚氨酯球、多孔人造海绵球、多孔塑料泡沫球，多孔微球的直径范围为0.1-10mm。

抛光液由磨粒和抛光液基液组成；抛光液中包含有占抛光液重量5-30％的磨粒，磨粒粒径范围为：0.1-50μm抛光液基液为水、甘油、煤油、乳化液中的一种或多种混合液。

夹持装置转速范围为10-200r/min，超声波功率范围为40～5000W。