[发明专利]一种复杂结构的抛光方法及装置

说明书

一种复杂结构的抛光方法及装置，基于剪切增稠与化学复合效应实现，属于精密/超精密加工领域。装置包括抛光系统、抛光液循环装置、水平振动装置和竖直振动装置。方法通过配制具有剪切增稠效应的抛光液，利用抛光液中的化学物质将工件表面快速氧化生成一层容易去除的化学反应层；通过工件振动与抛光液旋转耦合的方式保证抛光液能够发生剪切增稠现象，通过粒子簇的微切削作用去除化学反应层；新鲜表面再次与化学物质反应继而再次被去除。通过剪切增稠与化学复合效应可大幅度提高抛光效率，而且可以获得超光滑、少/无损伤的抛光表面。本发明可用于解决复杂结构的特殊位置难以抛光、抛光均匀性差、抛光效率低、抛光表面质量不高等问题。

技术领域

本发明属于精密/超精密加工领域，涉及一种复杂结构的抛光方法及装置，具体涉及一种基于剪切增稠与化学复合效应的振动抛光复杂结构的方法及装置。

背景技术

各种复杂结构在航空航天、航海、生物置换、电器、武器、汽车、医疗等领域的应用越来越广泛。例如，复杂结构的航空发动机叶片可以有效的提高工作性能；复杂结构或非球面光学零件能有效的矫正各种类型像差，大大提高了仪器设备的识别能力；复杂结构的发动机可有效提高工作效能；同时，随着产品外形设计日趋复杂、高精度、细微化，生物医疗、模具、汽车零部件越来越多的应用了复杂结构。

随着对复杂结构零件使用性能要求和需求量的不断提高，对其抛光的要求在于一方面要保证零件的面形精度和表面质量，另一方面要提高加工效率。目前对于复杂结构的加工，常见的抛光技术包括计算机控制表面成型技术、磨粒射流抛光技术、电解抛光技术等。计算机控制表面成型技术一般是通过较小的抛光工具来适应工件曲面曲率变化，以牺牲抛光效率来获得较高的面形精度，因此，效率与精度很难兼顾，同时表面质量对磨粒尺寸较敏感。磨粒射流抛光技术包括气射流抛光、水射流抛光、冰粒射流抛光等，其主要通过喷嘴小孔高速喷出的混有磨粒的抛光液作用于工件表面，利用磨粒粒子的高效碰撞剪切作用达到磨削去除材料的效果。例如东北大学【Z.Wang,H.Li,Y.Tian,Z.Wang and J.Zhao.“Analytical model of dynamic and overlapped footprints in abrasive air jetpolishing of optical glass.”International Journal of Machine Tools andManufacture,2019,141:59-77.】利用气射流抛光技术对光学玻璃表面进行加工，得到较好的表面质量。但是这种抛光方法由于喷嘴尺寸较小、极易堵塞且一般为单喷嘴方式、作用点小等限制，抛光效率较低。电解抛光加工质量较好，加工效率高，但仅适用于部分金属工件，且电解液易对环境产生不利影响。

专利(CN201210192915.8)公开了一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的超精密曲面的抛光方法。该方法是利用非牛顿流体的粘度随剪切速率非线性变化特性，依靠加工区域受剪切作用而使抛光液表观粘度增大，增大磨粒把持力，从而利用磨粒产生的微切削作用实现材料去除。但是这种抛光方法仅仅依靠抛光液转动实现剪切增稠抛光加工效率较低，而且很难实现整个复杂结构的全表面有效均匀抛光。

发明内容

针对复杂结构抛光存在诸如复杂结构的特殊位置难以抛光、抛光均匀性差、抛光效率低、抛光表面质量不高等问题，本发明提供一种基于剪切增稠与化学复合效应的振动抛光复杂结构的方法和装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种复杂结构的抛光装置，基于剪切增稠与化学复合效应实现，包括抛光系统、抛光液循环装置、振动装置。所述抛光系统与抛光液循环装置连接，抛光系统内设有用于产生剪切增稠与化学复合效应的抛光液，抛光液从抛光系统侧面流出通过管路进入抛光液循环装置，经抛光液循环装置后从抛光系统另一侧面顶部进入抛光系统，完成整个抛光液循环过程。所述的抛光系统内设有旋转装置、搅拌装置，带动抛光液以一定转速旋转，并使其均匀分散。工件与振动装置连接，并浸入抛光液内，通过工件振动与抛光液旋转耦合的方式使抛光液发生剪切增稠现象，完成工件表面的振动抛光。具体的：