[实用新型]软性磨粒流逐层加工装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种软性磨粒流逐层加工装置。

技术背景

在模具加工中，抛光作为产品加工的最后一道工序被广泛应用，但对于沟、槽、孔、棱柱、棱锥、窄缝等抛光工具达不到的结构化表面仍无法加工。液-固两相软性磨粒流加工方法是利用软性磨粒流在被加工工件的结构化表面形成湍流流动，配以约束模块，使被加工表面成为流道壁面的一部分，形成磨粒流道，磨粒流流过该通道时，对壁面的粗糙处进行切削，实现结构化表面的无工具化精密加工。

加工流道的底座设计，约束流道和约束模块的设计与安装，软性磨粒流的输出、循环、回收都是重要部分。固-液两相软性磨粒流加工是以磨粒流的湍流理论为依据，以磨粒间的相互碰撞及磨粒与壁面间的碰撞为基础，对磨粒进行动力学分析，利用湍流流场中磨粒对壁面的切削作用，对被加工工件壁面粗糙处进行精密加工。该技术有效弥补了传统光整加工方法对结构化表面加工的劣势，同时也能够对其他复杂工件的表面加工，并且能够实现自动控制。

在目前软性磨粒流加工系统中，磨粒流在泵的作用下以一定的速度进入加工流道，流体达到一定速度后可达到湍流流态，磨粒在湍流的作用下无序的撞击加工表面。基于前期实验结果可以发现此种加工存在一些问题：①在加工的前5-10小时内，加工工件表面的粗糙度有明显的降低，但在其后的加工中粗糙度不仅没有下降反而在某些加工区域有上升的趋势。②在显微成像设备观察下加工表面的加工纹理明显并大多与流体流动方向一致，无序性不够明显，导致在非流动方向上的粗糙度值偏高。

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺点，本实用新型提供了一种能提高磨粒利用率，避免磨粒对表面的不必要刮擦，保证粗糙表面凸出部分首先被加工，加工精度稳步提高的软性磨粒流逐层加工装置。

软性磨粒流逐层加工装置，包括箱体和通过紧固螺钉与箱体连接的盖板，所述的箱体上设有允许无磨粒流体进入箱体内腔的溶液入口和允许流体流出箱体内腔的出液通道，所述的出液通道中设有允许磨粒流流经的磨粒流通道，所述的磨粒流通道的管身位于所述的出液通道内部，所述的管身与所述的出液通道同轴设置，所述的磨粒流通道的入口外露于所述的出液通道，所述的出液通道的出口处形成外层为无磨粒流体、内部为磨粒流体的复合环状混合流体；所述的出液通道与内置有待加工工件的加工流道连接。

进一步，所述的溶液入口包括低粘度切削液入口和增稠剂入口；

所述的盖板上设有电机和与电机连动、均匀搅拌切削液和增稠剂的螺旋搅拌棒，所述的电机通过传动齿轮箱与所述的螺旋搅拌棒连接。

进一步，所述的低粘度切削液入口和增稠剂入口均设有防止液体倒流、调节液体流量的流量调节阀，所述的磨粒流通道的入口设有单向阀。

进一步，所述的盖板与箱体之间设有密封垫。

本实用新型的工作过程为：在加工开始前先开启搅拌装置，通入两种不同粘度流体配合成溶液，起初要求溶液粘性偏大，所以驱动增稠剂的泵流量调节大一些，待溶液充满流道之后，再打开驱动磨粒流的泵使磨粒流通入溶液管路，待流体稳定后，通过调节泵的流量逐渐降低外层溶液的粘度，同时检测外层混合溶液的粘度与磨粒流粘度的大小关系，由于流量的调节，流速也会相应发生变化，此时为保证伴随射流的速度差复合加工要求，相应也要调节磨粒流的流量。

加工可分为两种方式进行，其一是不断调节外层溶液粘度，使之由高到低反复进行，在此种加工方式下，加工表面会受到磨粒由浅到深的反复切割；其二是找到适合加工的粘度值，使加工表面的某些凸出部分进入磨粒流的扩散范围内，使它们持续受到加工效应。对于流出加工流道的磨粒流体，先进行磨粒沉降过滤，磨粒回收继续配制成一定粘度与浓度的磨粒流溶液进行加工，废弃的溶液进行稀释回收，这样保证加工系统中加工材料的反复利用与持续加工。

在该装置中采用以下控制加工层的方法：

构造一种外层为无磨粒粘度可调溶液，内层为粘度小湍流流态的固液两相磨粒流的复合双层流体，内层磨粒流中磨粒在湍流的作用下无序运动，外层流体由于粘性较大湍流不易形成，所以外层流体以层流流态为主。