[发明专利]一种基于相控空化效应的磨粒微射流抛光方法及抛光装置

权利要求书

1.一种基于相控空化效应的磨粒微射流抛光方法，其特征在于：采用了一种基于相控空化效应的磨粒微射流抛光装置，包括多通道相控发射系统（1）、顶部端盖（2）、环形阵列聚焦单元（3）、高阻抗匹配层（4）、锥形射流腔体（5）、喷嘴（6）、磨粒流注入口（12）、橡胶密封层（13）和低阻抗匹配层（14）；所述锥形射流腔体（5）其内部流道结构呈倒锥形，流道下端部装有喷嘴（6）；所述磨粒流注入口（12）设在所述锥形射流腔体（5）侧壁位置；所述低阻抗匹配层（14）安装于所述锥形射流腔体（5）上端面处，低阻抗匹配层（14）和锥形射流腔体（5）的连接处还设置有用于密封的所述橡胶密封层（13）；所述高阻抗匹配层（4）安装于所述低阻抗匹配层（14）的上表面上；所述顶部端盖（2）固定在高阻抗匹配层（4）的上端，顶部端盖（2）和高阻抗匹配层（4）之间设置有圆形的中空区域；所述环形阵列聚焦单元（3）安装在所述高阻抗匹配层之上，位于所述顶部端盖（2）和所述高阻抗匹配层（4）之间的中空区域内；所述多通道相控发射系统（1）与所述环形阵列聚焦单元（3）通过导线连接；

采用锥形射流腔体（5）形成微射流（9）并将微射流（9）射到抛光工件（7）的待抛光表面上进行射流抛光；同时在锥形射流腔体（5）上方耦合布置环形阵列压电陶瓷（31）， 通过相位控制算法控制各个环状结构压电陶瓷的激励脉冲相位延迟时间，使得声波（11）在靠近锥形射流腔体（5）射出口附近的声波聚焦点（10）处聚焦；控制声波聚焦点（10）处的声压阈值大于空化阈值，使得在声波聚焦点（10）处发生空化效应，持续产生空泡群；空泡群在微射流（9）的带动下，到达抛光工件（7）待抛光表面的近壁面区域发生溃灭，借助空泡群中气泡溃灭产生的能量提高微射流（9）的抛光效率；

通过调节多通道相控发射系统（1）的声波发射频率和功率，实现在不改变微射流（9）工艺参数的情况下，对空泡尺度和空化强度的主动控制；

通过调节激励脉冲相位延迟时间，实现对声波聚焦点（10）即空泡初生区域的高度位置的调整；

所述相位延迟时间的数值结合所述微射流（9）的流速、空泡群寿命周期、预先设计的空泡群溃灭冲击区域（8）的高度位置进行流体力学计算确定。

2.根据权利要求1所述的一种基于相控空化效应的磨粒微射流抛光方法，其特征在于：所述微射流（9）为低粘性液-固两相流体，保证流体环境具有较低的空化阈值。

3.根据权利要求1所述的一种基于相控空化效应的磨粒微射流抛光方法，其特征在于：环形阵列聚焦单元（3）包括环形阵列压电陶瓷（31）、环氧树脂钝化填料（32）、公共电极（33）；所述环形阵列压电陶瓷（31）由多个环状结构压电陶瓷同心阵列构成；所述环氧树脂钝化填料（32）均匀填充在各个所述环状结构压电陶瓷之间的空隙内，以保证各个所述环状结构压电陶瓷工作性能的独立性；所述公共电极（33）位于所述环形阵列压电陶瓷（31）下方；所述多通道相控发射系统（1）发出激励脉冲激励各个所述环状结构压电陶瓷振动产生声波（11）。

4.根据权利要求1所述的一种基于相控空化效应的磨粒微射流抛光方法，其特征在于：高阻抗匹配层（4）为填充一定量氧化铝颗粒的硬固化环氧树脂材料；所述低阻抗匹配层（14）为软固化环氧树脂材料。

5. 根据权利要求1所述的一种基于相控空化效应的磨粒微射流抛光方法，其特征在于：喷嘴（6）的孔径在0.1-10 mm之间。

6.根据权利要求3所述的一种基于相控空化效应的磨粒微射流抛光方法，其特征在于：所述环状结构压电陶瓷为钛酸钡系压电陶瓷或锆钛酸铅系压电陶瓷。