CN103128673B - 硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头 - Google Patents

Abstract

一种硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头，包括抛光头、弹簧、紧定螺钉、固定座、回收底座和执行机构，紧定螺钉套装在固定座中心孔内，弹簧套装在紧定螺钉外，紧定螺钉另一端与抛光头连接并压紧弹簧，工件固定在回收底座上，固定座与执行机构固定，固定座中心孔上方有沉孔，紧定螺钉顶端与执行机构之间有空隙，抛光头通过执行机构带动初始状态时下端面被压在工件的表面上；抛光头呈圆柱型，其上端面中心有螺纹孔，抛光头从下端面打盲孔形成磨粒流容腔，抛光头侧面有磨料进料孔，磨料进料孔与磨粒流容腔相通。本发明工件表层的抛光精度和材料去除率高、加工损伤小、成本低。

Description

硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头

技术领域

本发明涉及抛光加工，尤其是一种约束磨粒流抛光工具头。

背景技术

    光学玻璃、光学晶体、工程陶瓷等硬脆材料具有硬度高、耐磨性和抗蚀性好等优异机械性能以及独特的光学性能，其加工精度和表面质量要求也越来越严格，硬脆材料零件的超精密抛光加工技术成为迫切需求和最具挑战性的加工技术领域之一。

如何实现高精度高质量高效率的抛光加工是硬脆材料超精密加工急需解决的问题。采用计算机控制的确定性抛光(CCOS)技术，通过确定的去除函数，进行逐点可控抛光，可以获得高精度高质量的加工表面，在此基础上开发的先进抛光技术如计算机控制小磨头抛光、离子束抛光、气囊抛光、磨料射流抛光、磁流变抛光与磁射流抛光等代表了超精密抛光技术的发展方向。

近年来，在非传统抛光方法中，微磨料水射流抛光由于初始成本低，无热损伤，不改变材料力学和物理性能，抛光特性不受工件抛光位置影响，被认为是当前对具有复杂表面的硬脆性材料制品进行超光滑表面加工的最有潜力方法之一，如图1所示，喷嘴16距工件表面14有一段的距离，磨料射流束15以一定的速度和角度作用在工件表面上，由于该技术射流束截面面积小，且喷嘴运行轨道不局限于直线方向，可进行平面扫描和曲面加工，故尤其适合于硬脆性材料制品的复杂表面的精密加工，且几乎不存在边缘效应。目前，国内外还没有形成系统的广泛研究，虽然微磨粒水射流抛光技术的优点很多，应用前景也较好，但是目前应用还不成熟，由于喷嘴与工件表面之间有一段距离，致使微磨粒水射流离开喷嘴后发散，不能形成准直的加工束，进而影响抛光区域的确定性，降低了抛光的精度，且磨粒的松散加工方式导致加工效率不高，另一方面微磨料水射流抛光主要依靠磨料粒子的高速碰撞剪切作用，这种机械冲击容易引起工件表面损伤，再者由于喷嘴尺寸较小，在微磨料射流加工过程中，极易堵塞，喷嘴的材料需坚硬而耐磨，导致微型喷嘴的制造比较困难。

发明内容

为了克服现有的针对微磨粒水射流抛光中存在的抛光精度较低、加工效率较低、存在较大加工损伤、成本高的不足，本发明提出一种工件表层的抛光精度和材料去除率高、加工损伤小、成本低的硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头，包括抛光头、弹簧、紧定螺钉、固定座、回收底座和执行机构，所述紧定螺钉套装在固定座中心孔内，所述弹簧套装在紧定螺钉外，所述紧定螺钉另一端与抛光头连接并压紧弹簧，所述工件固定在回收底座上，所述固定座与执行机构固定，所述固定座中心孔上方有沉孔，所述紧定螺钉顶端与执行机构之间有空隙，所述抛光头通过执行机构带动初始状态时下端面被压在工件的表面上；

所述抛光头呈圆柱型，所述抛光头上端面中心有螺纹孔，所述抛光头从下端面打盲孔形成磨粒流容腔，所述抛光头侧面有磨料进料孔，所述磨料进料孔与磨粒流容腔相通。

进一步，所述回收底座中心为安装工件的凸台，所述凸台四周有磨粒流回收槽，所述回收槽外围有一圈磨粒流挡板，所述磨粒流挡板高于工件上表面，所述回收槽内有磨粒流回收出口。

    本发明的技术构思为；抛光工具头通过弹簧预加一个可调的弹性压力，抛光工具头里没有磨粒流或者磨粒流的压力不够大时，抛光工具下端面被压在工件表面上；一旦抛光工具中的磨粒流压力大于外加弹性压力，抛光工具下端面与工件表面形成一个缝隙，磨粒流从该缝隙沿着抛光工具端面流出，强制磨粒对工件表面进行抛光加工。

   本发明完全改变了磨料水射流的形成方式，通过外加的约束，无须极小极细的喷嘴即可实现射流加工，加工状态时抛光头压向工件表面，磨料流在抛光工具头的约束下，改变了射流方向，通过抛光工具头端面沿着与工件表面的切向高速流出。应用该方法进行抛光加工时将松散的磨粒流法向喷射的加工方式改变为强制约束的切向磨粒流加工方式，不仅解决了射流束界面的不稳定性问题，而且使得磨粒沿工件表面运动，强化了磨粒对工件表面的剪切作用，弱化了磨粒对工件表面的法向冲击作用，主要是磨粒流的剪切和划擦作用去除工件表面材料。因此，该方法既可以减小冲击损伤，又具有较强的材料去除能力。

本发明的有益效果为：工件表层的抛光精度和材料去除率高、加工损伤小、成本低。

附图说明

   图1是微磨粒水射流抛光的原理图。

   图2是硬脆材料的约束磨粒流抛光的原理图。

   图3是图2的俯视图。

   图4是硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头的结构图。

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~图4，一种硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头，包括抛光头5、弹簧4、紧定螺钉3、固定座2、回收底座6、执行机构1组成。所述紧定螺钉套3装在固定座2中心孔内，所述弹簧4套装在紧定螺钉3外，所述紧定螺钉3另一端与抛光头5通过螺纹连接并压紧弹簧4，所述工件8通过销柱7固定在回收底座上6，所述固定座2通过螺栓与执行机构1固定，所述固定座2中心孔上方有直径较大的沉孔，所述紧定螺钉3顶端与执行机构1之间有一定的空隙13，所述空隙13控制工作过程中抛光头5与工件8表面间的最大间隙，所述抛光头5通过执行机构1带动初始状态时下端面被压在工件8的表面上。

    所述抛光头5呈圆柱型，所述抛光头上端面中心有螺纹孔，所述抛光头从下端面打盲孔形成直径较大的磨粒流容腔10，所述抛光头5侧面有磨料进料孔11，所述磨料进料孔11与磨粒流容腔10相通。所述回收底座6中心为安装工件的凸台，所述凸台四周有磨粒流回收槽，所述回收槽外围有一圈磨粒流挡板，所述磨粒流挡板高于工件上表面，所述回收槽内有磨粒流回收出口9。

本实施例是一种硬脆材料的约束磨粒流抛光加工技术，采用对磨粒流不敏感的弹性材料制成抛光工具头17，所述抛光工具头17呈圆柱形且从底面打盲孔形成磨料容腔18，所述抛光工具头上有磨料进料口，所述抛光工具头下表面形状和尺寸可根据抛光工件表面进行设计，所述抛光工具的上方预加一个可调的弹性压力F，所述抛光工具头初始状态下压在工件表面上，所述抛光工具头中的磨粒流压力大于外加弹性压力时下端面与工件表面形成一个缝隙，所述磨粒流从该缝隙沿着抛光工具头端面流出，强制磨粒对工件表面进行抛光加工。

Claims (2)

1.一种硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头，其特征在于：包括抛光头、弹簧、紧定螺钉、固定座、回收底座和执行机构，所述紧定螺钉套装在固定座中心孔内，所述弹簧套装在紧定螺钉外，所述紧定螺钉另一端与抛光头连接并压紧弹簧，工件固定在回收底座上，所述固定座与执行机构固定，所述固定座中心孔上方有沉孔，所述紧定螺钉顶端与执行机构之间有空隙，所述抛光头通过执行机构带动，初始状态时下端面被压在工件的表面上；

所述抛光头呈圆柱型，所述抛光头上端面中心有螺纹孔，所述抛光头从下端面打盲孔形成磨粒流容腔，所述抛光头侧面有磨料进料孔，所述磨料进料孔与磨粒流容腔相通。

2.如权利要求1所述的硬脆材料的约束磨粒流抛光工具头，其特征在于：所述回收底座中心为安装工件的凸台，所述凸台四周有磨粒流回收槽，所述回收槽外围有一圈磨粒流挡板，所述磨粒流挡板高于工件上表面，所述回收槽内有磨粒流回收出口。