[发明专利]一种超声空化辅助多喷嘴射流抛光装置及抛光方法

说明书

本发明公开了一种超声空化辅助多喷嘴射流抛光装置，包括自聚焦超声波换能器和超声聚焦壳体；自聚焦超声波换能器为一种凹球面压电陶瓷；超声聚焦壳体的内腔为锥形腔，用来将自聚焦超声波换能器发出的声波聚焦于一点；超声聚焦壳体的侧壁上设有与供液管连通的抛光液供液口，超声聚焦壳体的底部装配有射流喷嘴，射流喷嘴通过端盖与超声聚焦壳体为可拆卸连接，射流喷嘴包括有多个喷孔。本发明中具有多个喷孔个数、喷孔布局及孔径不同的射流喷嘴，进行抛光加工时，可选择合适的射流喷嘴，以适应不同的工艺需求。本发明可以有效的增大待加工表面作用区域、提高加工效率，并且该方法适用于大口径超光滑表面抛光加工和微观特殊形貌表面加工制造。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷等硬脆材料表面抛光方法，尤其涉及一种基于自聚焦超声空化辅助多喷嘴射流抛光方法。

背景技术

随着光学工业和现代光学技术的迅速发展，各种非球面光学元件、自由曲面光学元件被广泛应用与惯性约束核聚变、遥感卫星、太空望远镜等领域，对其表面质量和精度的要求越来越高，同时对高质量光学零件的加工工艺及设备要求也越来越高。传统光学元件抛光主要依靠软性工具和细微磨料对光学元件表面进行光整，加工工艺主要依靠操作人员的经验，加工效率低，光学元件面形可控性差，难以满足光学工业和现代光学技术对光学元件表面高质量的要求。目前已经研究出多种加工方法可获得高精度表面，其中典型的方法有化学抛光、磁流变抛光、离子束抛光、弹性发射抛光、浮法抛光和射流抛光等。但这些加工方法或者对加工表面产生损伤，成本高，或者加工效率过低，可控性差，都存在各自的一些缺陷，因此一些新的加工方法不断被提出。

超声空化辅助射流抛光是在磨料水射流抛光技术的基础上发展起来的集流体力学、声学、纳米材料去除和表面技术于一体的超精密加工技术。其基本的工作原理是利用一个可形成空化效应且角度可调的喷嘴，以适当的压力和速度(压力范围一般在4bar-20bar)将预混合的抛光液喷射到工件表面，利用悬浊液中颗粒和工件的相互作用，进行材料的纳米去除，最终可提高工件表面质量和实现面形修正的目的，超声波空化效应可以提高抛光过程材料去除效率。超声空化辅助射流抛光和传统抛光方法相比，具有无磨具磨损、无亚表面损伤、无反应热、抛光精度高、加工柔性高等优点。值得一提的是，超声空化辅助射流抛光可用于多晶金刚石、碳化硅等超硬材料的非球面、自由表面、微结构表面以及高陡度大长径比内腔表面零件的超精密加工。

超声空化辅助射流抛光的抛光效率虽然得到提高，但由于喷口较小，冲击范围有限，传统的射流加工方法采用单孔喷头进行零件抛光。由于其作用面积小，因此时加工时间长，对抛光系统的稳定性要求高，抛光工艺参数不易保证，进而降低零件表面加工精度。虽然增加抛光液的压力和浓度可以提高抛光效率，但是压力提高也会降低工件表面质量和增大面形误差；浓度过高也会影响系统的稳定性，甚至堵塞抛光供液系统。公布号为CN110026908A，公布日为2019年7月19日的专利文献中公开了《一种超声空化辅助射流抛光系统及抛光方法》，采用自聚焦超声压电陶瓷对射流抛光液进行空化作用，利用空化气泡破裂产生的激振加速抛光颗粒撞击被加工表面，以提高射流抛光工艺的加工效率。然而，该技术方案中采用单喷孔的喷嘴，加工过程中作用区域小、效率低，难以实现其工业化高效应用。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供针对射流抛光工艺的一种超声空化辅助多喷嘴射流抛光系统及抛光方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种超声空化辅助多喷嘴射流抛光装置，包括自聚焦超声波换能器和超声聚焦壳体；所述自聚焦超声波换能器为一种凹球面压电陶瓷；所述超声聚焦壳体的内腔为锥形腔，用来将所述自聚焦超声波换能器发出的声波聚焦于一点，以增强腔体内抛光液的空化作用；所述超声聚焦壳体的侧壁上设有与供液管连通的抛光液供液口，所述超声聚焦壳体的底部装配有射流喷嘴，所述射流喷嘴通过端盖与所述超声聚焦壳体相连，所述射流喷嘴包括有N个孔径相同的喷孔，N＝2-10，所述喷孔的孔径范围为0.1-2mm。