[发明专利]一种基于空化效应的气液固三相磨粒流抛光工具

说明书

本发明公开了一种基于空化效应的气液固三相磨粒流抛光工具，包括气液固混合装置、空化抛光工具和工件固定平台，工件安装在工件固定平台上；空化抛光工具安置在工件上方且空化抛光工具的下底面与工件的上表面平行，气液固混合装置连接空化抛光工具并将混合后的气液固三相磨粒流通入空化抛光工具中；本发明利用气液固混合装置将气体混入液固两相磨粒流中，增加了工件表面气泡溃灭的概率，提供了抛光效率；气体入口利用微孔即较小的细孔混入空气，便于控制高压气体的混入量，提高了加工的稳定性；利用入口较大出口较小的流道设计实现了液体本身的结构空化，提高了加工效率；通过空化抛光工具上圆角的设计实现液体二次空化，提高了加工效率。

技术领域

本发明涉及超精密抛光工具，更具体的说，尤其涉及一种基于空化效应的气液固三相磨粒流抛光工具。

背景技术

随着电子信息技术的发展，精密和超精密的光学和半导体元器件被越来越多的使用。光学材料和半导体材料的表面实现高效的超光滑加工变得越来越重要。

液体抛光作为新兴的抛光方式，由于加工过程中不产生无亚表层损伤且表面粗糙度低等特点，逐渐被应用到光学材料和半导体材料加工中，然而液体抛光效率低的天生缺陷极大的限制了液体抛光的实际使用，使得液体抛光技术难以在实际生产中大范围推广。另外现有的液体抛光技术大多需要速度快，流量大，压力高的流体进行抛光作业，这也使得液体抛光对加工设备普遍都有较高的要求，从而造成流体抛光加工成本高。

在流体加工中引入气体，利用气泡溃灭产生的微射流驱动磨粒撞击加工工件，从而提高流体加工的效率是流体抛光的一种趋势。例如申请号为CN201510056821.1的中国发明专利提出了一种基于三相磨粒流的超光滑表面精密流体圆盘抛光装置，在入口处通入微气泡，利用微气泡的溃灭提高加工效率，然而该方法仅通过外部注入气泡的方式，产生的空化为伪空化，产生的微射流能量远小于结构空化或超声空化产生的微射流能量，无法实质性的提高加工效率；同时该方法利用三个入口通入磨粒流，无法在圆周上达到均匀地去除。再比如申请号为CN201610914661.4的中国发明专利提出了一种基于结构空化效应的高效流体光整加工方法及装置，利用文丘里管结构产生结构空化以提高加工效率，然而其在圆周设置多个文丘里管空化单元的方法依然存在圆周方向去除率不均匀的问题；专利CN201510056123.1提出一种利用气液固三相磨粒流的超声波抛光加工装置，利用超声产生空化提高加工效率，然而超声发生器价格昂贵能耗高，增加效率的同时也增加了加工成本。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的缺陷，提出了一种基于空化效应的气液固三相磨粒流抛光工具，在不增加加工成本的基础上，改变抛光工具结构从而改善现有三相磨粒流加工效率低以及抛光去除量不均匀的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于空化效应的气液固三相磨粒流抛光工具，包括气液固混合装置，还包括空化抛光工具和工件固定平台，需要加工的工件安装在工件固定平台上；所述空化抛光工具安置在工件上方且空化抛光工具的下底面与工件的上表面平行，气液固混合装置连接空化抛光工具并将混合后的气液固三相磨粒流通入空化抛光工具中；所述空化抛光工具包括外约束体和内约束体，所述外约束体上设置有流道入口、内部流道、中心螺纹孔和内锥形流道约束面，外约束体上的流道入口与气液固混合装置上的气液固三相磨粒流出口相连通，所述内约束体上设置有中心螺杆、外锥形流道约束面，所述外约束体和内约束体通过外约束体上的中心螺纹孔和内约束体上的中心螺杆配合连接，所述外约束体的内锥形流道约束面与内约束体的外锥形流道约束面共同形成环形约束流道，该环形约束流道通过外约束体上的内部流道与外约束体的流道入口相通。

进一步的，所述气液固混合装置上设置有液固二相磨粒流入口、气体入口和气液固三相磨粒流出口，气液固混合装置与空化抛光工具通过螺纹连接并在连接后实现气液固三相磨粒流出口和空化抛光工具的流道入口的连通。