[实用新型]基于水力空化结构的气-液-固三相磨粒流旋转式抛光工具

说明书

本实用新型公开了一种基于水力空化结构的气‑液‑固三相磨粒流旋转抛光工具，包括气‑液‑固三相混合装置、直通转接头、加工工具自转运动装置、空心流道管、空化抛光装置和工件固定平台，工件安装在工件固定平台上；所述气‑液‑固三相混合装置设置在整个装置的最上方，气‑液‑固三相混合装置的下端出口与直通转接头的上端固定连接，直通转接头的下端连接加工工具自转运动装置，加工工具自转运动装置通过空心流道管连接空化抛光装置，工件固定平台设置在空化抛光装置的正下方。本实用新型利用大入口、中间约束流道和较大出口流道设计，实现了液体本身的水力空化；通过电机带动整个抛光工具进行旋转，有效解决了工件表面抛光不均匀的问题。

技术领域

本实用新型涉及精密与超精密抛光加工领域，更具体地说，尤其涉及一种基于水力空化结构的气-液-固三相磨粒流旋转抛光工具。

背景技术

随着现代光学、电子信息等领域的高速发展，精密和超精密的光学和半导体元器件被越来越多的使用，实现此类光学元器件工作表面的超精密抛光具有重大意义。

现有应用于电子信息材料精密加工的方法主要分为工具接触式抛光和流体非接触式抛光。相对工具接触式抛光而言，流体非接触式抛光由于流体介质的缓冲作用，不易产生加工变质层，更适合大面积或自由曲面光学元件的超精密加工，该方法已经越来越多的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，因此在确保不出现加工变质层的表面亚损伤的前提下实现低成本、高效率的抛光是精密制造领域急需解决的难题。利用空化冲击作用产生的微射流辅助抛光加工的方法已经被广泛使用。例如专利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，该装置利用超声波产生超声空化提高加工效率，但是超声波能耗利用率比较低，大部分的能量以热能形式损耗，而且一套适应性好的超声设备价格昂贵。又例如申请号为CN201610914661.4的中国实用新型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，然而并没有具体说明该结构内部具体构造，并且在压力及外部条件一定的情况下，结构空化效果不明显，抛光均匀性不好。再例如申请号为CN201510056821.1的中国实用新型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，该装置在入口处通入微气泡，利用微气泡的溃灭驱动磨粒运动，从而提高抛光效率，但是该方法仅通过外部注入微气泡的方式，不能断定是否会产生空化现象，而且普通微气泡产生的微射流能量远小于水力空化或超声空化，提高抛光效率的能力有限；同时该方法利用三个入口通入磨粒流、三个入口通入微气泡，无法在圆周上达到均匀地去除，而且需要外部设备较多，成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中的缺陷，提出了一种基于水力空化结构的气-液-固三相磨粒流旋转抛光工具，在不增加加工成本与抛光系统复杂性的基础上，通过改变抛光工具结构与抛光工具的自转运动从而提高气-液-固三相流抛光效率、改善抛光均匀性和大平面加工问题。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于水力空化结构的气-液-固三相磨粒流旋转抛光工具，包括气-液-固三相混合装置、直通转接头、加工工具自转运动装置、空心流道管、空化抛光装置和工件固定平台，需要加工的工件安装在工件固定平台上；所述气-液-固三相混合装置设置在整个装置的最上方，气-液-固三相混合装置的下端出口与直通转接头的上端固定连接，直通转接头的下端连接加工工具自转运动装置，加工工具自转运动装置通过空心流道管连接空化抛光装置，工件固定平台设置在空化抛光装置的正下方；气-液-固三相混合装置、直通转接头、加工工具自转运动装置、空心流道管和空化抛光装置内部形成完整的竖直流道。

进一步的，所述气-液-固三相混合装置包括气-液混合腔和气动单向阀，所述气-液混合腔为竖直设置的圆筒腔，气-液混合腔上端开有磨粒流入口，气-液混合腔下端开有磨粒流出口，气-液混合腔中部设有一个微型的气体入口，气动单向阀连接该微型的气体入口且与气-液混合腔连通，气体通过气动单向阀注入气-液混合腔中。