[发明专利]一种基于空化和介电泳的多相流抛光方法及抛光系统

说明书

本发明公开一种基于空化和介电泳的多相流抛光方法及抛光系统，该方法为将待抛光平面工件放置在一个静止的过流腔体内，使磨粒流发生空化后进入过流腔体，并在过流腔体内施加非均匀电场将磨粒极化，导致其受力不均匀而向工件表面发生移动聚集，经空化作用的磨粒流在非均匀电场作用下对待抛光工件的平面进行抛光，达到均匀抛光的效果。本发明的抛光方法抛光的工件表面均匀、表面粗糙度低、表面质量高、加工效率高。

技术领域

本发明属于超精密加工领域，具体涉及一种基于空化和介电泳的多相流抛光方法及抛光系统。

背景技术

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，但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。对分散性磨粒研磨方法的改进是将磨粒相对固定在研磨盘上，这种方法虽然能够使磨粒分布保持均匀，但由于研磨过程中磨粒距离回转中心的距离不同，不同位置的磨粒线速度不相等，导致靠近研磨盘边缘的磨粒磨损程度远大于靠近回转中心的磨粒，从而导致工件表面的抛光程度不同，使加工表面质量下降。随着对工件表面要求的不断提高，传统抛光方法已难以满足生产的需求。

随后有学者提出采用磨粒流方法进行加工。磨粒流抛光方法是一种新型加工方法，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，与传统的抛光工艺相比具有许多优点。其抛光原理是利用充分搅拌的磨粒混合流体在加工工件表面形成湍流，并配上一定形状的约束块，使流体在流动过程中，对加工工件表面进行精密加工，达到所需的光滑要求。相比于传统加工方法，磨粒流加工方法具有以下特点:磨粒流不像其它直接工具接触式加工，在加工过程中，会对加工工件表面形成二次损伤；磨粒流具有流动性，能够适应各种复杂形状的加工表面；磨粒流被约束在一个特定的小空间内，循环往复地对工件表面进行加工，易于控制，更加安全可靠。

但在实际应用过程中，却发现这种磨粒流加工方法存在加工时间长，效率低，加工表面不均匀的特点。主要因为：

(1)工件的硬度高，在一定加工时间内，表面材料去除率低，难以满足超精密均匀化加工需求。

(2)磨粒流流经工件表面的过程中，因为摩擦的存在，能量不断减小。在平行于磨粒流流动方向上压力分布不均匀，磨粒附带的能量不断减小，对加工工件表面的剪切力大小分布不均匀，从而导致加工后工件表面不均匀，加工精度难以满足要求。

(3)加工的时间还较长，加工过程效率低，能耗过大，导致加工的成本不低。

综上所述，工件表面的超精密抛光仍是一个亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于空化和介电泳的多相流抛光方法及抛光系统，该抛光方法抛光的工件表面均匀、粗糙度低，抛光质量高。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种基于空化和介电泳的多相流抛光方法，其特征在于，将待抛光平面工件放置在一个静止的过流腔体内，使磨粒流发生空化后进入过流腔体，并在过流腔体内施加非均匀电场将磨粒极化，磨粒在非均匀电场作用下对待抛光工件的平面进行抛光，达到均匀抛光的效果；

所述的过流腔体底部为平面，顶面为斜面或曲面，使得流体作用在待抛光工件上的动压均匀；所述的磨粒流中磨粒流中的的磨粒为质量分数为10％以下的碳化硅磨粒，磨粒的粒径在200nm～50μm之间，磨粒流的压力为2MPa以下，温度为10～50摄氏度，所述的磨粒流的液相由去离子水、分散剂和切削液配置而成，三者比例为4:3:1,分散剂选用HT-4000系列分散剂，切削液选用RX-1系列润滑油；

所述磨粒流的空化数为0.02～0.4，所述磨粒流液相动力黏度为0.0014～0.0017kg/m·s；