[发明专利]一种基于气液固三相磨粒流的超光滑表面流体抛光装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体超光滑表面研磨抛光装置，更具体的说，涉及一种基于气液固三相磨粒流的超光滑表面流体抛光装置。

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。

精密光学零件和功能晶体材料零件均属于高端光学装备和电子制造装备的关键零部件，而超光滑表面加工装备本身则属于超精密加工高端装备，因此，针对超光滑表面加工的关键科学问题开展研究，探索超光滑表面加工的新原理，新工艺和新装备，符合国家战略性新兴产业(高端装备制造)发展的需求。

超光滑表面除要求极低的表面粗糙度值(<1nm RMS)，更重要的是必须在获得工件表面极高的形状精度同时，确保功能晶体材料工件表面晶格完整性，防止出现加工变质层和导致亚表面损伤，对于精密光学零件表面则要求极低的表面波纹度，从而实现低散射特性、高透射率及表面反射率。一般来说，超光滑表面加工为实现原子级材料去除，加工时对工件表面的作用力很小，因此属于典型的慢工出细活的加工方式，效率极低，且加工成本很高。在确保不出现加工变质层和亚表面损伤的前提下实现低成本、高效率的超光滑表面加工是精密制造领域急需解决的技术难题。

现有超光滑表面加工方法，总体可分为两类，一类依靠加工工具接触工件表面实现加工(如使用砂轮、砂带或其它柔性材料作为工具的磨削、抛光等)，另一类则不依靠加工工具直接接触工件表面，而是利用携带微细磨粒的磨粒流的高速流动实现对工件表面的加工，可以将这一类加工方法统称为流体抛光。当前主要的磨粒流抛光加工方法主要有：挤压珩磨抛光、 磨粒水射流抛光、磁流变抛光、磁射流抛光、电流变液抛光等。这些方法利用磨粒流与加工表面接触时的壁面冲击效应，形成磨粒对表面的微切削实现表面材料去除，达到光整加工效果。

但由于上述磨粒流加工方法的固有特点，加工后很多尚不能获得满意的表面粗糙度。现有的一些流体抛光加工方法中流体相对工件表面的流速偏低且流动方向单一(以工具相对工件旋转，带动两者之间缝隙处流体流动的方法，例如磁流变抛光则属于这种情况)。这时，由于流体流速不足以达到湍流状态，一般处于层流状态，磨粒流动方向基本一致，只有与工件直接接触的表层流体处的磨粒有机会与被加工表面接触，因此真正发挥切削作用的磨粒只是流体中磨粒的极少部分，并仅从单一方向作用于凸起峰，加工效率自然不高。另外一些流体抛光加工方法中还存在流体相对工件表面的法向冲击力力过大或作用力与工件表面的夹角不合理(以磨粒水射流方式冲击工件表面的抛光方则属于这种情况)的缺陷。这时，流体流速虽可以达到很高，但磨粒冲击方向仍基本一致，冲击流与工件直接接触的面积小，若法向冲击力力过小，则加工效率很低，法向冲击力过大或作用力与工件表面的夹角不合理则可能导致表面损伤和新的不光滑表面出现，因此很难把握加工品质与加工效率的协调关系。从如今社会对超精密光学零件和功能晶体材料的广阔需求前景来考虑，解决超光滑表面精密制造的技术难题，尚需提出新的解决方法以达到原子级别的超光滑表面精密加工效果。

发明内容

本发明的目的就在于确保不出现加工变质层和亚表面损伤的前提下实现精密制造领域低成本、高效率超光滑表面加工的技术难题，提出了一种能够达到原子级别材料去除效果的气液固三相磨粒流超光滑表面流体抛光装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于气液固三相磨粒流的超光滑表面流体抛光装置，包括智能电气控制柜、气泵、抛光加工平台、两个伺服控制磨粒流输送泵、搅拌器、气管和磨粒流输送软管，所述气泵通过气管连接抛光加工平台，所述抛光加工平台通 过磨粒流输送软管与两个伺服控制磨粒流输送泵和搅拌器连接成一条液固二相磨粒流循环系统；整个抛光装置由所述智能电气控制柜进行加工过程控制。