[发明专利]超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法及装置

说明书

一种超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法，磨粒流抛光在低压流体中进行；所述磨粒流抛光在楔形流道内进行；所述楔形流道的上顶面倾斜角度可调，通过更换置于加工装置内的角度块零件实现；所述空化为超声波空化，通过安装在加工装置流道入口前的超声波发生器在磨粒流中产生空化泡；所述磁场为置于加工装置正下方的电磁铁所产生的垂直工件表面的强度可调均匀磁场，在所述磁场的作用下，流场中的磁性磨粒被磁化，受磁场力作用向工件表面运动。以及提供一种超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光装置。本发明提供一种使工件抛光后表面粗糙度均匀、表面质量提高、加工效率提高的超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法及装置。

技术领域

本发明属于超精密加工领域，是超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法及装置。

背景技术

低压磨粒流抛光是一种新型加工技术，以流体作为磨粒的载体，通过磨粒相对工件表面的流动对工件表面进行抛光处理。传统的抛光工艺，如研磨，其工艺是在研磨盘上通过游离磨粒对工件表面进行抛光，由于游离磨粒在研磨盘上的分布具有很大的不均匀性，容易导致研磨加工后工件表面各处的表面粗糙度不等，且易造成表面损伤，严重影响工件的性能。目前较为先进的磁性研磨加工过程中，磁性磨粒在随磁场高速旋转时离心作用明显，边缘处磨粒脱离磁场约束向外飞散，最终也会导致加工区域内抛光力分布不均匀的问题。相比与上述抛光工艺，低压磨粒流抛光的效果更好，具体体现在更低的表面粗糙度、更均匀的表面质量和更小的表面损伤率等方面。此外，低压磨粒流抛光的优势还体现在对各类平面、沟槽及具有复杂几何形状的工件抛光上，传统的抛光工艺由于抛光工具的限制难以对上述形状的工件进行彻底的加工，但低压磨粒流抛光过程中磨粒可以随流体流经工件各处，几乎不存在加工死角，实现一次加工到位。

尽管低压磨粒流抛光有许多无可比拟的优越性，低压磨粒流抛光中仍存在一些问题，具体体现在以下两个方面：(1)加工过程中流体与工件表面的摩擦和磨粒与工件表面的碰撞会导致能量损失，造成加工区域内的流体沿流动方向上压力下降，使工件表面的抛光力分布不均匀，最终导致抛光后工件表面粗糙度值分布不均匀，表面质量降低。(2)加工过程中效率低下，达到理想加工效果需要较长时间。低压磨粒流抛光的物料切蚀率较低，磨粒本身具有的能量小、磨粒对工件表面的压力不足都导致了磨粒对工件表面波峰的剪切力较小。磨粒在垂直流体流动方向的截面内分布较为随机，只有少部分在工件表面附近的磨粒能起到实际抛光作用，大部分磨粒只是随流体流经加工腔体，没有参与抛光加工，磨粒利用率低。

发明内容

为了克服低压磨粒流抛光中存在的抛光后工件表面粗糙度不均匀、表面质量低、加工效率低的问题，本发明提供一种使工件抛光后表面粗糙度均匀、表面质量提高、加工效率提高的超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法，磨粒流抛光在低压流体中进行；所述磨粒流抛光在楔形流道内进行；所述楔形流道的上顶面倾斜角度可调，通过更换置于加工装置内的角度块零件实现；所述空化为超声波空化，通过安装在加工装置流道入口前的超声波发生器在磨粒流中产生空化泡；所述磁场为置于加工装置正下方的电磁铁所产生的垂直工件表面的强度可调均匀磁场，在所述磁场的作用下，流场中的磁性磨粒被磁化，受磁场力作用向工件表面运动；所述磁性磨粒为Fe-Al₂O₃磨粒。

进一步地，所述低压流体指加工装置内的压力在0.05～2MPa。相比于高压流体，低压流体中磨粒在加工装置中的流动速度慢，对工件表面的剪切力较小，材料去除量少，可控性好。