[发明专利]逆向超声波辅助气液固三相磨粒流抛光加工方法及装置

说明书

本发明公开了一种逆向超声波辅助磨粒流抛光加工方法及装置，将超声波发生装置安装在与磨粒流方向相逆、且与磨粒流方向形成一个夹角的位置上，产生一种与磨粒流流向相逆且与磨粒流方向形成一个夹角的逆向超声波，上述的逆向超声波在含有微尺寸气泡的磨粒流介质中对工件加工表面附近的微尺寸气泡压缩致使微尺寸气泡溃灭，微尺寸气泡溃灭时会产生一种与磨粒流方向相逆的逆向微激波，微激波使得磨粒流内局部区域产生很大的压强从而产生微观爆炸作用；微观爆炸作用效果产生的两个分力，垂直分力用于提高磨粒与工件加工表面凸起峰的接触几率和作用力，逆向水平分力可以对磨粒形成相对阻滞作用，增加磨粒与工件的作用时间，大幅度提高磨粒流的抛光效率。

技术领域

本发明涉及软性流体表面研磨和抛光领域，更具体的说，涉及一种逆向超声波辅助气液固三相磨粒流抛光加工方法及装置。

背景技术

在现代光学、电子信息及薄膜科学等高新技术领域，需要在精密光学零件和功能晶体材料表面实现超光滑表面加工（Ultrasmooth Surface Manufacturing），例如软X射线光学系统、激光陀螺反射镜、高密度波分复用器、高能激光反射镜、功能光学器件、光学窗口等。

前期出现的液固两相软性磨粒流抛光加工是以磨粒流的湍流为理论依据，以磨粒之间的相互碰撞以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，对工件的壁面粗糙处进行精密抛光加工。

气液固三相磨粒流抛光加工方法是将微尺寸气泡以一定的比例均匀混合进液固两相磨粒流中形成的新型流体抛光介质，在加工工件上表面形成湍流流动，利用其中的气泡溃灭产生的微爆炸机理推动磨粒更高效的切削工件表面，达到高效的对工件进行抛光的效果。

目前，气液固三相磨粒流抛光加工所用的流道采用单入口、单出口的方式，流体从流道的入口流入，出口流出，最终回流至磨粒流储存箱。按照三相磨粒流的加工原理，对工件进行加工的磨粒流在流道内必须形成湍流流动，湍流中，磨粒运动的随机性有利于表面无序化，直至实现工件表面无工具镜面级加工效果。基于前期的实验状况，简单的单输入输出的加工流道存在以下缺点：①增压泵的压力或者流量较低的时候，增压泵输出的气液固三相磨粒流的流速不能达到产生湍流的最小速度，导致磨粒流道内的磨粒流处于层流状态，进而导致磨粒流内的微尺寸气泡在溃灭的概率很低，加工效果不明显；②增压泵输出磨粒流的流速达到了在流道内形成湍流的最小速度，气泡在湍流的扰动下可能溃灭，但是不能在靠近工件表面的区域以较高的概率溃灭，进而不能形成区域化的明显加工效果，导致工件加工的效率不高。③当加工液流速过快时，过快的磨粒与工件相对接触时间过短，加工作用力过大，导致加工效果不良。从而使对流速的控制成为一个麻烦。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术利用磨粒流对工件表面进行抛光时工件抛光效果不明显的问题，提出了一种逆向超声波辅助气液固三相磨粒流抛光加工方法及装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

逆向超声波辅助气液固三相磨粒流抛光加工方法，用于将逆向超声波应用到气液固三相磨粒流抛光加工中，包括如下步骤：将超声波发生装置安装在与气液固三相磨粒流方向相逆、且与气液固三相磨粒流方向形成一个夹角的位置上，产生一种与气液固三相磨粒流流向相逆且与气液固三相磨粒流方向形成一个夹角的逆向超声波，上述的逆向超声波在含有微尺寸气泡的气液固三相磨粒流介质中对工件加工表面附近的微尺寸气泡压缩致使微尺寸气泡溃灭，微尺寸气泡溃灭时会产生一种与气液固三相磨粒流方向相逆的逆向微激波，微激波使得气液固三相磨粒流内局部区域产生很大的压强从而产生微观爆炸作用，并通过微观爆炸作用产生垂直向下的分力对微尺寸气泡周围的磨粒产生向下加速推动作用，进而大幅度提高所述气液固三相磨粒流与工件加工表面凸起峰的接触几率和作用力；同时围观爆炸作用产生的与气液固三相磨粒流流向相逆的分力可以对磨粒起到相对阻滞作用，增加磨粒与工件加工表面的接触作用时间。