CN101344468B - 纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备 - Google Patents
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Abstract
一种纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，包括机架、脉冲电源、用于夹持待加工工件的夹具、超声换能器、用于存放抛光液的容器、超声反射端以及用于调整超声波反射端与超声换能器之间距离的调谐机构，所述超声换能器、容器以及调谐机构均安装在机架上方，所述脉冲电源与所述超声换能器连接，所述容器位于所述超声换能器的下方，所述夹具位于所述容器的上方，所述夹具与带轮传动机构连接，所述超声波反射端位于容器下方，所述超声波反射端与所述超声换能器配合，所述超声反射端与所述调谐机构连接。本发明提供一种适用性好、具有良好的抛光效果的纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种研磨抛光机设备，特别是一种纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备。
背景技术
纳米压痕系统技术正逐渐成为纳米力学表征领域最重要的测试手段之一，它可以精确地完成量程为数十个纳米的压痕实验，形成了纳米压痕测量技术。然而，纳米力学表征的试样制备方法就是该领域公认的、亟待解决的技术难题。现今使用的比较多的加工方法是聚焦离子束加工，弹性发射加工，流体振动抛光技术等，这些方法虽然在纳米力学表征的试样制备中取得了一定的成效，但同样存在着不少问题。如聚焦离子束加工，其缺点是离子注入固体内形成三种结构缺陷：空位、填隙杂质原子和替代杂质原子，目前尚不能度量其作用形式；且对金刚石压头有污染，样品形成一定深度的损伤(非晶层)。相比而言，抛光加工在纳米力学表征的试样制备中显得更经济、操作简单、实用性好，但会出现表层及亚表层位错、应变、残余应力较大的问题。以弹性发射加工等为代表的非接触式抛光加工实现了原子级去除。且无需特殊制作的特殊结构抛光盘、易实现、操作简单、经济性佳等优点，但由于弹性发射加工采用聚氨酯球做为抛光头，需要对磨损量进行控制，此外工作台的进给运动也容易在工件表面形成波纹。又如流体振动抛光新技术，以摩擦、空化射流和化学作用为材料主要去除原因，能实现较高的加工精度，但其没有对超声的能量进行有效控制，难以避免超声空化的不利影响，加工表面仍然有坑点的缺陷，此外对表面损伤也没有进行系统研究。
发明内容
为了克服已有纳米力学表征的试样制备设备的适用性较差、抛光效果差的不足，本发明提供一种适用性好、具有良好的抛光效果的纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，包括机架、脉冲电源、用于夹持待加工工件的夹具、超声换能器、用于存放抛光液的容器、超声反射端以及用于调整超声波反射端与超声换能器之间距离的调谐机构，所述超声换能器、容器以及调谐机构均安装在机架上方，所述脉冲电源与所述超声换能器连接，所述容器位于所述超声换能器的下方，所述夹具位于所述容器的上方，所述夹具与带轮传动机构连接，所述超声波反射端位于容器下方，所述超声波反射端与所述超声换能器配合，所述超声反射端与所述调谐机构连接。
作为优选的一种方案：所述带轮传动机构包括第一带轮、传动带、第二带轮和驱动电机，所述第一带轮与所述夹具同轴连接，所述第一带轮通过传动带与第二带轮连接，所述第二带轮的转轴与所述驱动电机的输出轴联接。
进一步，所述调谐机构包括导轨、滑块和微调按钮，所述导轨安装在机架上，所述超声波反射端安装在滑块上，所述滑块与所述导轨可上下滑动连接，所述微调按钮安装在滑块的下方。
所述微调按钮与所述导轨螺纹连接。
所述超声换能器连接第一减震器，所述第一减震器安装在机架上，所述超声波反射器连接第二减震器，所述第二减震器安装在滑块上。
所述第一减震器连接压电传感器，所述压电传感器安装在机架上，所述超声波反射器连接压电致动器。
本发明的技术构思为：悬浮技术在工程中的应用也比较广泛，如磁悬浮、气悬浮、电悬浮等在超精密加工中起着重要的作用，但在加工中也存在着不少问题：如对加工的材质有一定的选择性、对抛光液会产生一定的不利影响等。
所述超声波发射端是一圆盘，紧固在所述固定块的端部，由所述超声换能器驱动，以推挽方式工作，激发空气中的超声振动。所述反射端与所述发射端之间的区域是悬浮区域(容器内的区域)，所述反射端的作用是反射由所述发射端发射的超声波从而在悬浮区域形成驻波。通过所述调谐机构调节所述反射端与所述发射端之间的距离，可以使声源与空气的涡合达到最佳，发生共振。改变所述反射端—所述发射端间距，可以获得不同的谐振模式。
本发明的有益效果主要表现在：1、将能量传递给抛光粒子，实现原子级去除；2、提高磨粒的分散性，使抛光液中的磨粒始终悬浮在抛光液中，实现对工件的材料去除；3、与弹性发射加工方法相比，能有效避免抛光头磨损的不利影响；4、与流体振动抛光技术相比，声悬浮抛光方法可以有效控制参与抛光的磨粒动能，因此可以对表面损伤加以控制，具有良好的抛光效果；5、由于具有发反射效应，可以有效控制液体空化现象导致磨粒的高射流对表面损伤；同时声辐射压力一定情况下，直径不同的磨粒获得的动能几乎处在同一个水平，因此可以产生大小均匀的划痕，因此有效地解决了划痕大小不均匀、常规抛光过程抛光工具磨损、工作台运动精度补偿等难题，适用性好。
附图说明
图1是纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1，一种纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，包括机架、脉冲电源4、用于夹持待加工工件的夹具9、超声换能器7、用于存放抛光液的容器11、超声反射端以及用于调整超声波反射端13与超声换能器7之间距离的调谐机构，所述超声换能器7、容器11以及调谐机构均安装在机架上，所述脉冲电源4与所述超声换能器7连接，所述容器11位于所述超声换能器7的下方，所述夹具9位于所述容器11的上方，所述夹具9与带轮传动机构连接，所述超声波反射端13位于容器11下方，所述超声波反射端13与所述超声换能器7配合，所述超声反射端13与所述调谐机构连接。
所述带轮传动机构包括第一带轮8、传动带和第二带轮1，所述第一带轮8与所述夹具同轴连接，所述第一带轮8通过传动带与第二带轮1连接，所述第二带轮1的转轴与所述驱动电机2的输出轴联接。
所述调谐机构包括导轨16、滑块15和微调按钮17，所述导轨16安装在机架上，所述超声波反射端13安装在滑块15上，所述滑块15与所述导轨16可上下滑动连接，所述微调按钮17安装在滑块15的下方。所述微调按钮17与所述导轨16螺纹连接。
所述超声换能器7连接第一减震器6，所述第一减震器6安装在机架上，所述超声波反射器13连接第二减震器14，所述第二减震器14安装在滑块上，为了防止超声换能器和超声波反射端的强烈震动。
所述第一减震器6连接压电传感器12，所述压电传感器12安装在机架上，所述超声波反射器13连接压电致动器5。用来了解和控制超声波的作用。
本实施例的机架上方安装固定块3，所述超声换能器7(即超声波发射端)是一圆盘，紧固在所述固定块3的端部，由超声换能器7驱动，以推挽方式工作，激发空气中的超声振动。所述超声波反射端13与所述超声换能器7之间的区域是悬浮区域(容器11内的区域)，所述超声波反射端12的作用是反射由所述超声换能器7发射的超声波从而在悬浮区域11形成驻波。通过所述调谐机构调节所述超声波反射端12与所述超声波发射端7之间的距离，可以使声源与空气的涡合达到最佳，发生共振。改变所述超声波反射端13与所述超声换能器7之间的间距，可以获得不同的谐振模式。
所述动力系统的优先选择方案是包括：带轮传动机构由第一带轮8、传动带和第二带轮1等组成，所述驱动电机2带动所述带轮传动机构转动，所述第二带轮1通过皮带轮带动所述第一带轮8转动，所述第一带轮8连接一所述夹具9，工件10连接在所述夹具9上，由所述电机2带动做旋转运动，使得工件与抛光液充分接触。
所述调谐机构的优先选择方案是包括：滑块15，导轨16，微调按钮17等组成，所述微调按钮17和导轨16螺纹连接。通过旋转所述微调按钮17，带动所述滑块15上下移动，从而带动所述超声波反射端13上下移动，从而调节所述超声波反射端13和所述超声换能器7之间的距离。
Claims (6)
1.一种纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，其特征在于：所述声悬浮抛光设备包括机架、脉冲电源、用于夹持待加工工件的夹具、超声换能器、用于存放抛光液的容器、超声反射端以及用于调整超声波反射端与超声换能器之间距离的调谐机构，所述超声换能器、容器以及调谐机构均安装在机架上，所述脉冲电源与所述超声换能器连接，所述容器位于所述超声换能器的下方，所述夹具位于所述容器的上方，所述夹具与带轮传动机构连接，所述超声波反射端位于容器下方，所述超声波反射端与所述超声换能器配合，所述超声反射端与所述调谐机构连接；声悬浮抛光设备由所述超声换能器驱动，以推挽方式工作，激发空气中的超声振动，超声换能器与超声波反射端之间的区域是悬浮区域，超声波反射端反射由超声换能器发射的超声波从而在悬浮区域形成驻波，通过所述调谐机构调节超声换能器与超声波反射端之间的距离，使声源与空气的涡合达到最佳，发生共振。
2.如权利要求1所述的纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，其特征在于：所述带轮传动机构包括第一带轮、传动带、第二带轮和驱动电机，所述第一带轮与所述夹具同轴连接，所述第一带轮通过传动带与第二带轮连接，所述第二带轮的转轴与所述驱动电机的输出轴联接。
3.如权利要求1或2所述的纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，其特征在于：所述调谐机构包括导轨、滑块和微调按钮，所述导轨安装在机架上，所述超声波反射端安装在滑块上，所述滑块与所述导轨可上下滑动连接，所述微调按钮安装在滑块的下方。
4.如权利要求3所述的纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，其特征在于：所述微调按钮与所述导轨螺纹连接。
5.如权利要求3所述的纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，其特征在于：所述超声换能器连接第一减震器，所述第一减震器安装在机架上，所述超声波反射器连接第二减震器，所述第二减震器安装在滑块上。
6.如权利要求5所述的纳米力学表征试样的声悬浮抛光设备，其特征在于：所述第一减震器连接压电传感器，所述压电传感器安装在机架上，所述超声波反射器连接压电致动器。
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