CN110000711A - 一种用于磨料气射流制备超疏水表面的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于磨料气射流制备超疏水表面的系统和方法，该系统包括供气装置、磨料供给装置、回收装置、固定装置、喷嘴和加工台；固定装置包括壳体、位于壳体中的腔体、以及设置于腔体中的掩膜板固定件和工件固定件，喷嘴的喷射口位于腔体中，且按照喷嘴中物料的喷射方向，喷射口、掩膜板固定件和工件固定件依次排列；加工台与壳体相连以驱动壳体垂直于喷射方向移动；腔体设置有物料出口，回收装置与腔体的物料出口连通。本公开的系统中设置有固定装置，固定装置不但对掩膜板和工件起到固定作用，进一步提高磨料气射流加工过程的稳定性，还可以与磨料回收装置相配合使用，以使得磨料得以回收利用，提高了资源的利用率。

Description

一种用于磨料气射流制备超疏水表面的系统和方法

技术领域

本公开涉及材料表面加工领域，具体地，涉及一种用于磨料气射流制备超疏水表面的系统和方法。

背景技术

有机玻璃表面的超疏水性是技术领域的发展趋势之一。有机玻璃(polymethyl-methacrylate,PMMA)是一种典型的热塑性聚合物材料，具有透明性好、质量轻、不易碎裂、耐老化以及有良好的机械性能等优点，被广泛应用于车辆、建筑、装潢、医学仪器、厨房用具等各个方面。尤其在车辆方面被广泛应用，车辆的清洗太过于频繁一直是一个较大问题，尤其是挡风玻璃和车门窗极易粘附污秽。有机玻璃本身具有一定的疏水性，所以被广泛应用制作车辆的挡风玻璃和车门窗，但依然容易粘附污渍，需要频繁清洗。在这方面，超疏水的有机玻璃较普通有机玻璃更具优势，超疏水的有机玻璃表面更易冲刷掉灰尘、污秽，甚至能够做到自清洁。

目前大部分超疏水材料的制作是对其表面采用各种低表面能的化学药剂进行修饰，但是这种方法需要用到各种较昂贵的化学药剂和复杂的仪器，在一定程度上提高了成本，并且很多超疏水材料的制备过程较复杂，制备条件较苛刻，制备周期较长。

磨料气射流加工(Abrasive Air Jet Machining)是利用磨料与空气或其他气体混合而成的高速射流，经特殊设计的喷嘴高速冲击射向工件，通过对表面材料微量去除达到提高或降低表面质量和性能的方法。与传统制备超疏水性表面的化学方法相比，磨料气射流加工具有良好的环境友好性和方法简单性，该方法不受温度、湿度、水分等外部环境的影响，也未用到昂贵的化学药剂，环境污染极少，生产成本较低。但是现有磨料气射流装置应用过程中，存在资源回收利用率差、磨料污染工作台的问题。

发明内容

本公开的目的是为了解决现有磨料气射流装置使用时资源回收利用率差、磨料污染工作台的问题，提供一种用于磨料气射流制备超疏水表面的系统和方法。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种用于磨料气射流制备超疏水表面的系统，该系统包括供气装置、用于提供磨料的磨料供给装置、用于回收磨料的回收装置、用于固定工件及掩膜板的固定装置、喷嘴和加工台；

所述喷嘴设置有气体入口、磨料入口和喷射口，所述气体入口与所述供气装置连通，所述磨料入口与所述磨料供给装置连通；

所述固定装置包括壳体、位于壳体中的腔体、以及设置于所述腔体中的掩膜板固定件和工件固定件，所述喷嘴的喷射口位于所述腔体中，且按照所述喷嘴中物料的喷射方向，所述喷射口、掩膜板固定件和工件固定件依次排列；所述加工台与所述壳体相连以驱动所述壳体垂直于所述喷射方向移动；

所述腔体设置有物料出口，所述回收装置与所述腔体的物料出口连通。

可选地，所述壳体的顶壁开设有用于伸入所述喷射口的开口，所述掩膜板固定件和工件固定件依次设置于所述开口下方；所述掩膜板固定件和工件固定件为承插式固定件，所述承插式固定件包括限位槽和夹紧槽，所述限位槽与所述壳体的侧壁相连且槽口朝向所述壳体内部，所述夹紧槽贴合于所述限位槽内侧并用于夹紧所述掩膜板固定件或工件固定件。

可选地，所述物料出口设置于所述掩膜板固定件和工件固定件之间的外壳上。

可选地，所述固定装置的顶壁上设置有用于避免磨料从所述固定装置中散出的柔性连接件，所述柔性连接件覆盖所述开口，所述喷嘴穿过所述柔性连接件进入所述腔体中。

可选地，所述回收装置包括收集室、风机和电动机，所述收集室设置有物料入口和物料出口，所述风机设置有进风口和出风口，所述收集室的物料入口与所述腔体的物料出口连通，所述风机的进风口与所述收集室的物料出口连通，所述电动机与所述风机相连。

可选地，所述收集室的物料出口处还设置有用于截留气体中固体颗粒的过滤网，所述过滤网的材料为铁、铜、钢和塑料中的至少一种。

可选地，所述系统还包括用于调节所述喷嘴的喷射距离的调节装置，所述调节装置与所述喷嘴连接。

可选地，所述加工台通过固定连接件与所述固定装置可拆卸地连接。

可选地，所述供气装置包括依次连接设置的气源、稳压阀、截止阀和过滤器，所述过滤器的出口与所述喷嘴的气体入口连通。

本公开第二方面提供一种磨料气射流制备超疏水表面的方法，该方法包括：采用本公开第一方面提供的系统制备超疏水表面。

通过上述技术方案，本公开的系统中设置有固定装置，固定装置不但对掩膜板和工件起到固定作用，进一步提高磨料气射流加工过程的稳定性，还可以与磨料回收装置相配合使用，以使得磨料得以回收利用，提高了资源的利用率。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开提供的用于磨料气射流制备超疏水表面的系统一种具体实施方式的结构示意图。

图2是本公开提供的固定装置的一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1磨料供给装置 100供气装置

2固定装置 21掩膜板固定件 22工件固定件

23夹紧槽 24限位槽 25壳体

26腔体 200回收装置

3喷嘴 300掩膜板

4加工台 400工件

5过滤网 6收集室 7柔性连接件

8风机 9电动机 10固定连接件

11气源 12稳压阀 13截止阀

14过滤器

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指本开的系统可以正常使用时的“上、下”。

如图1和图2所示，根据本公开，本公开提供一种用于磨料气射流制备超疏水表面的系统，该系统包括供气装置100、用于提供磨料的磨料供给装置1、用于回收磨料的回收装置200、用于固定工件400及掩膜板300的固定装置2、喷嘴3和加工台4；

所述喷嘴3设置有气体入口、磨料入口和喷射口，所述气体入口与所述供气装置100连通，所述磨料入口与所述磨料供给装置1连通；

所述固定装置2包括壳体25、位于壳体25中的腔体26、以及设置于所述腔体26中的掩膜板固定件21和工件固定件22，所述喷嘴3的喷射口位于所述腔体26中，且按照所述喷嘴3中物料的喷射方向，所述喷射口3、掩膜板固定件21和工件固定件22依次排列；所述加工台4与所述壳体25相连以驱动所述壳体25垂直于所述喷射方向移动；

所述腔体26设置有物料出口，所述回收装置200与所述腔体26的物料出口连通。

本公开系统的磨料供给装置可以为常压磨料储罐，喷嘴中沿轴向还可以设置有文丘里管，文丘里管的两端分别与喷嘴的气体入口和喷射口连通，文丘里管的收缩部与磨料入口连通。供气装置100提供的由气体入口引入文丘里管内，气体经文丘里管的收缩部时流速加大，形成真空区将磨料容器中的磨料吸入；磨料经喷嘴喷射于固定装置中的掩膜板300及工件400上，随后经回收装置200回收后再次利用。

如图1和图2所示，一种具体实施方式，所述壳体25的顶壁可以开设有用于伸入所述喷射口的开口，所述掩膜板固定件21和工件固定件22可以依次设置于所述开口下方。所述掩膜板固定件21和工件固定件22可以为任意形式，例如可以为卡扣式固定件、承插式固定件，优选为所述承插式固定件。所述承插式固定件可以包括限位槽24和夹紧槽23，所述限位槽24与所述壳体25的侧壁相连且槽口朝向所述壳体25内部，所述夹紧槽23贴合于所述限位槽24内侧并用于夹紧所述掩膜板固定件21或工件固定件22。其中，夹紧槽可以防止所述工件400或掩膜板300上下移动，限位槽限制工件400前后左右移动。本公开的固定装置便于对掩膜板和工件进行更换。夹紧槽可以是橡胶等柔性材料。

根据本公开，固定装置的壳体25可以为任意形状，一种优选的实施方式，壳体25可以为正方体或长方体，其中，长方体的一个侧壁为可拆卸式侧壁，其余侧壁相互固定连接且限位槽在其余侧壁内绕周向水平设置；掩膜板与夹紧槽共同插入限位槽中使其得以固定。在需要更换工件400及掩膜板300时将可拆卸式侧壁拆下，将工件400和掩膜板300取出，进一步提高装置使用的简便性、实用性。

如图1所示，所述物料出口可以设置于所述掩膜板固定件21和工件固定件22之间的外壳上，以在加工完成后有效回收磨料，减少磨料在腔体中的堆积，提高装置中磨料的回收效率。

如图1所示，所述固定装置2的顶壁上可以设置有用于避免磨料从所述固定装置2中散出的柔性连接件7，所述柔性连接件7可以覆盖所述开口，所述喷嘴3可以穿过所述柔性连接件7进入所述腔体26中。柔性连接件是使刚度较低的连接件，例如膜体、布片等，本公开的系统中柔性连接件的材料可以为橡胶膜等具有一定弹性的材料。通过设置柔性连接件可以使得固定装置形成闭合的空间，避免在材料制备过程中磨料从腔体的出口散出的问题。

如图1所示，所述回收装置200可以包括收集室6、风机8和电动机9，所述收集室6可以设置有物料入口和物料出口，所述风机8可以设置有进风口和出风口，所述收集室6的物料入口可以与所述腔体26的物料出口连通，所述风机8的进风口可以与所述收集室6的物料出口连通，所述电动机与所述风机相连，回收装置200与固定装置2之间可以通过柔性连接管相连通，避免因固定装置的移动而导致设备损坏。回收装置200可以为磨料收集提供储存空间和动力，将固定装置中的磨料抽出后集中收集在收集室中，有利于磨料的集中回收利用。

如图1所示，一种具体实施方式，所述收集室6的物料出口处还可以设置有用于截留气体中固体颗粒的过滤网5，其中，所述过滤网5的材料可以为本领域的技术人员所常规使用的，例如铁、铜、钢或塑料，过滤网的开孔率和开孔大小可以根据具体情况进行选择，在此不再赘述。风机运行时产生真空环境，吸取所述固定装置中的空气，磨料随空气进入所述磨料收集箱内，经过滤网过滤后磨料被截留在收集室中，空气通过风机的出风口后端的管线排出到空气中，完成对磨料的收集，本公开的回收装置200结构简易、易于操作。

一种具体实施方式，所述系统还可以包括用于调节所述喷嘴3的喷射距离的调节装置，所述调节装置与所述喷嘴3连接，调节装置可以为本领域的技术人员所常规采用的装置，例如Z轴进给装置，可以根据加工工件表面形状，设定喷射距离，以实现对系统的灵活调整。

如图1所示，所述加工台可以通过固定连接件10与所述固定装置2可拆卸地连接，以减小固定件的位移，进一步提高加工的准确性。所述固定连接件可以是卡扣、螺栓、夹紧装置和限位块等。

如图1所示，所述供气装置100可以包括依次连接设置的气源11、稳压阀12、截止阀13和过滤器14，所述过滤器14的出口可以与所述喷嘴3的气体入口连通。其中，气源可以为空气瓶、空气压缩机，其他种类的气源在此不再赘述。本公开的供气装置100可以根据实际工作需要调节气流的大小，以进一步提高系统操作的准确和灵活性。

本公开第二方面提供一种用于磨料气射流制备超疏水表面的方法，该方法包括：采用本公开第一方面所提供的系统制备超疏水表面。采用本公开的方法可以简单、高效地制备超疏水表面。

一种具体实施方式，该方法包括以下步骤：

S1、装置的连接：空气压缩机、稳压阀、截止阀和过滤器、喷嘴、磨料供给装置、固定装置、收集室、风机及电动机按照各自顺序依次连接；

S2、掩模板的制作：选用钛合金作为掩模板的材料，通过激光加工技术加工制作具有多而密孔洞的钛合金平板；

S3、固定装置的固定：将待加工工件表面进行超声清洗，将其与掩模板固定于固定装置中；将固定装置固定于加工台上；

S4、参数的设定：考虑工件硬度，设定气体喷射压强，通过Z轴进给装置设定喷嘴的喷射距离，考虑待加工工件表面形状，设定加工台的运动轨迹，加工台可以是各种具有平动功能的平台，在此不再赘述；

S5、加工和清洗：打开截止阀，启动加工台进行超疏水表面的制备，加工完成后对工件表面进行超声清洗。

下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

实施例

如图1和图2所示，所述系统包括供气装置100、磨料供给装置1、回收装置200、固定装置2、喷嘴3和加工台4；喷嘴3设置有气体入口、磨料入口和喷射口，喷嘴内沿轴向设置有文丘里管，气体入口与供气装置100连通并与文丘里管顶部入口连通，磨料入口与磨料供给装置1连通并与文丘里管中部入口连通，所述文丘里管的底部出口与所述喷射口连通。

固定装置2包括长方形壳体25、位于壳体中的腔体26、以及设置于腔体26中的掩膜板固定件21和工件固定件22。壳体25的顶部设置有开孔，喷嘴3的喷射口通过开口伸入腔体26中，开口上还覆盖有柔性连接件7，柔性连接件与喷嘴3相连。壳体25内部的侧壁上设置有掩膜板固定件与工件固定件，按照喷嘴3中物料的喷射方向，喷射口3、掩膜板固定件21和工件固定件22依次排列；物料出口设置于掩膜板固定件21和工件固定件22之间的外壳上，掩膜板固定件与工件固定件均为承插式固定件，其包括绕设连接于壳体25内侧壁的限位槽和夹紧槽23。加工台4与壳体25相连以驱动壳体25垂直于喷射方向移动；腔体26设置有物料出口，回收装置200与腔体26的物料出口连通。固定装置通过卡扣连接件与加工平台可拆卸地连接。

回收装置200包括收集室6、风机8和电动机9，收集室6设置有物料入口和物料出口，物料出口处还设置有过滤铜网，风机8设置有进风口和出风口，收集室6的物料入口与腔室的物料出口连通，风机8的进风口与收集室6的物料出口连通，电动机与风机相连。

供气装置100包括依次连接设置的空气压缩机11、稳压阀12、截止阀13和过滤器14，过滤器14的出口与喷嘴3的气体入口连通。

磨料供给装置为装有磨料的储存罐。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于磨料气射流制备超疏水表面的系统，其特征在于，该系统包括供气装置(100)、用于提供磨料的磨料供给装置(1)、用于回收磨料的回收装置(200)、用于固定工件(400)及掩膜板(300)的固定装置(2)、喷嘴(3)和加工台(4)；

所述喷嘴(3)设置有气体入口、磨料入口和喷射口，所述气体入口与所述供气装置(100)连通，所述磨料入口与所述磨料供给装置(1)连通；

所述固定装置(2)包括壳体(25)、位于壳体中的腔体(26)、以及设置于所述腔体中的掩膜板固定件(21)和工件固定件(22)，所述喷嘴(3)的喷射口位于所述腔体中，且按照所述喷嘴(3)中物料的喷射方向，所述喷射口(3)、掩膜板固定件(21)和工件固定件(22)依次排列；所述加工台(4)与所述壳体(25)相连以驱动所述壳体(25)垂直于所述喷射方向移动；

所述腔体(26)设置有物料出口，所述回收装置(200)与所述腔体(26)的物料出口连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述壳体(25)的顶壁开设有用于伸入所述喷射口的开口，所述掩膜板固定件(21)和工件固定件(22)依次设置于所述开口下方；所述掩膜板固定件(21)和工件固定件(22)为承插式固定件，所述承插式固定件包括限位槽(24)和夹紧槽(23)，所述限位槽(24)与所述壳体(25)的侧壁相连且槽口朝向所述壳体(25)内部，所述夹紧槽(23)贴合于所述限位槽(24)内侧并用于夹紧所述掩膜板固定件(21)或工件固定件(22)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述腔体(26)的物料出口设置于所述掩膜板固定件(21)和工件固定件(22)之间的外壳(25)上。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述固定装置(2)的顶壁上设置有用于避免磨料从所述腔体(26)中散出的柔性连接件(7)，所述柔性连接件(7)覆盖所述开口，所述喷嘴(3)穿过所述柔性连接件(7)进入所述腔体(26)中。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回收装置(200)包括收集室(6)、风机(8)和电动机(9)，所述收集室(6)设置有物料入口和物料出口，所述风机(8)设置有进风口和出风口，所述收集室(6)的物料入口与所述腔体(26)的物料出口连通，所述风机(8)的进风口与所述收集室(6)的物料出口连通，所述电动机与所述风机相连。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述收集室(6)的物料出口处还设置有用于截留气体中固体颗粒的过滤网(5)，所述过滤网(5)的材料为铁、铜、钢和塑料中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于调节所述喷嘴(3)与掩膜板(300)的距离的调节装置，所述调节装置与所述喷嘴(3)连接。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加工台通过固定连接件(10)与所述固定装置(2)可拆卸地连接。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供气装置(100)包括依次连接的气源(11)、稳压阀(12)、截止阀(13)和过滤器(14)，所述过滤器(14)的出口与所述喷嘴(3)的气体入口连通。

10.一种磨料气射流制备超疏水表面的方法，其特征在于，该方法包括：采用权利要求1-9中任意一项所述的系统制备超疏水表面。