CN114025915A - 用于抛光部件的表面的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于抛光部件（30）的表面的方法和设备。该方法包括将部件（30）安装在设备中，该设备配置成将磨料（34）的流输送到表面并使用空化生成器（32、32’）在接触表面的液体中生成空化泡；控制空化生成器（32、32’），使得生成空化泡以通过空化泡的内爆来抛光表面；以及控制到表面的浆料的流以便通过研磨来抛光表面。该设备包括：空化生成器（32、32’），其配置成在接触表面的液体中生成空化泡；磨料供应线（34），其配置成将磨料的流输送到表面；以及控制器（40），其配置成控制空化生成器（32、32’）以生成空化泡，以通过空化泡的内爆来抛光表面，并配置成控制磨料的流，以便通过研磨来抛光表面。

Description

用于抛光部件的表面的方法和设备

技术领域

本公开涉及一种用于抛光部件的表面的方法和一种用于抛光部件的表面的设备。

背景技术

已经提出了附加层制造（ALM）以用于具有复杂几何形状的部件的制造，包括复杂的内结构或通道。然而，ALM能够产生具有粗糙和/或具有次优疏水表面特性的表面的部件，并且需要抛光以确保好的流体流动特性。

特别地，内通道能够通过磨料流加工（AFM）来抛光，但是该方法是缓慢的，并且能够导致磨料颗粒在弯曲部和窄过道处的积聚，或者部件被磨料颗粒的污染。

存在开发表面抛光方法的需要，以缓解上述问题中的至少一些。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种用于抛光部件的表面（例如平滑化或增强表面的表面润湿性）的方法。所述方法包括：将部件安装在设备中，设备配置成将磨料流输送到表面并使用空化生成器在接触表面的液体中生成空化泡（cavitation bubbles）；控制空化生成器，使得生成空化泡以通过空化泡的内爆来抛光表面；以及控制到表面的磨料的流以便通过研磨来抛光表面。

磨料的流可以是浆料的流或干磨料的流。

空化生成器可以包括超声波生成器，该超声波生成器被配置成通过液体中的超声波激励在接触表面的液体中生成空化泡。该方法可包括控制超声波振动的幅度和/或频率以控制空化泡的生成。

空化生成器可以包括激光器，该激光器被配置成通过液体中的激光激励在接触表面的液体中生成空化泡。该方法可包括控制激光的频率、波长和/或暴露时间以控制空化泡的生成。

空化生成器可以被配置成将液体的流输送到表面以生成空化泡。

该方法可包括将液体的流和磨料的流独立于彼此控制。

该方法还可以包括在沿着表面输送液体的流之前对液体的流加压。该方法还可包括在沿着表面输送磨料的流之前对磨料的流加压。

可以控制液体的流的压力和/或流率以控制空化泡生成和/或空化泡内爆的强度。可以控制磨料的流的压力和/或流率以控制研磨的程度。

液体的流和磨料的流可以在表面处混合。可以控制混合流流动通过过滤系统以将混合流分离成液体和浆料。

分离的液体和磨料可以再循环到设备以用于输送。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于抛光部件的表面的设备，包括：空化生成器，其被配置成在接触表面的液体中生成空化泡；磨料供应线，其被配置成将磨料的流输送到表面；以及控制器，其被配置成控制空化生成器以生成空化泡，以通过空化泡的内爆来抛光表面，并且被配置成控制磨料的流，以便通过研磨来抛光表面。

磨料的流可以是浆料的流或干磨料的流。

空化生成器可以包括超声波生成器，该超声波生成器被配置成通过液体中的超声波激励在接触表面的液体中生成空化泡。

空化生成器可以包括激光器，该激光器被配置成通过液体中的激光激励在接触表面的液体中生成空化泡。

空化生成器可以被配置成将液体的流输送到表面以生成空化泡。

控制器可以被配置成将液体的流和磨料的流独立于彼此控制。

液体供应线可以包括液体的供应、液体泵和液体压力调节装置。液体泵和液体压力调节装置可以配置成对液体的流加压。

磨料供应线可以包括浆料的供应、浆料泵和浆料压力调节装置。浆料泵和浆料压力调节装置可以配置成对浆料的流加压。

控制器可以被配置成控制液体的流的压力和/或流率，以控制空化泡生成和/或空化泡内爆的强度。控制器可以被配置成控制磨料的流的压力和/或流率以控制研磨的程度。

液体可以包括水。浆料可以包括磨料颗粒的悬浮混合物。

该设备可以包括将液体的流输送到表面的第一通路，以及将浆料的流输送到表面的第二通路。

所述设备可包括喷嘴，其中所述喷嘴可包括第一通路和第二通路。

第一通路可以位于喷嘴的中心区域处，并且第二通路可以围绕第一通路。

该设备还可以包括空化腔室，部件安装在该空化腔室中。空化腔室可以包括从空化腔室离开的排放线，其中排放线运送液体和浆料的混合流。

排放线可以包括排放压力调节器，该排放压力调节器被配置成调节空化腔室中的背压。

控制器可以被配置成控制排放压力调节器以调节空化腔室中的背压。

该设备可以包括过滤系统，该过滤系统被配置成接收来自排放线的混合流并将混合流分离成液体和磨料。

过滤系统可以包括具有至少一个过滤器的过滤罐。过滤罐可以被配置成接收液体和磨料的混合流。在使用中，过滤器可以至少部分地限制过滤罐内的磨料的流，以将混合流分离成液体和磨料。

过滤系统可以包括多个过滤器，多个过滤器中的每个具有不同的孔尺寸。

控制器可以被配置成将分离的液体再循环到液体供应线，并且将分离的磨料再循环到磨料供应线。

表面可以包括部件的内通道的表面。

本公开可以包括本文中提及的特征和/或限制的任何组合，除非这样的特征的组合是相互排斥的。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述实施例，其中：

图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；

图2是用于抛光部件的表面的示例设备的示意图；

图3是设备的液体加压系统的示例的示意图；

图4是设备的浆料加压系统的示例的示意图；

图5是设备的喷嘴的示例的截面图；

图6是设备的过滤系统的示例的示意图；

图7是用于抛光部件的表面的详细的示例设备的示意图；

图8示出了根据本公开的另一实施例的设备；

图9是用于抛光部件的表面的另一示例设备的示意图，其中空化腔室被修改；

图10是用于抛光部件表面的另一示例设备的示意图，其中由超声波变换器或激光器引起空化；以及

图11是用于抛光部件的表面的另一示例设备的示意图。

具体实施方式

参考图1，气体涡轮引擎总体上以10表示，其具有主轴线和旋转轴线11。引擎10包括以轴向流串联的方式的空气进口12、推进风扇13、中压压缩机14、高压压缩机15、燃烧装备16、高压涡轮17、中压涡轮18、低压涡轮19和排出喷嘴20。机舱21总体上围绕引擎10并且限定进口12和排出喷嘴20两者。

气体涡轮引擎10以常规方式工作，使得进入进口12的空气被风扇13加速以产生两种空气流：到中压压缩机14中的第一空气流和通过旁通管道22以提供推进推力的第二空气流。中压压缩机14将引导到其中的空气流压缩（在将该空气输送到高压压缩机15之前），在高压压缩机15中进行进一步的压缩。

从高压压缩机15排出的压缩空气被引导到燃烧装备16中，在燃烧装备16中压缩空气与燃料混合并且混合物燃烧。然后，所得到的热燃烧产物在通过喷嘴20排出之前膨胀通过高压涡轮17、中压涡轮18和低压涡轮19，并且由此驱动高压涡轮17、中压涡轮18和低压涡轮19，以提供附加的推进推力。高压涡轮17、中压涡轮18和低压涡轮19各自通过合适的互连轴分别驱动高压压缩机15、中压压缩机14和风扇13。

本公开可以应用于的其他气体涡轮引擎可以具有替代配置。通过示例的方式，这种引擎可以具有替代数量的互连轴（例如两个）和/或替代数量的压缩机和/或涡轮。此外，引擎可以包括设置在从涡轮到压缩机和/或风扇的传动系中的齿轮箱。

气体涡轮引擎中的一些部件可包括具有弯曲部和窄过道（诸如用于将燃料从一个位置传送到另一个位置的管路）的复杂内通道。这样的部件可以通过多种制造技术制造，并且这些技术中的一些可能导致粗糙表面或具有差的表面润湿性特性的表面，其可以被表面抛光以改进性能和/或几何顺应性。例如，这样的部件可以通过附加层制造（ALM）来制造。平滑化部件的外表面或内表面或增强其表面润湿性可以是有利的。例如，在管路的情况下，内表面可以被有利地平滑化，以确保燃料能够有效且可靠地传送到所需位置。

图2示出了用于抛光部件30的表面的示例设备。在该示例中，表面是部件30的内通道的表面。该设备包括液体加压系统32、浆料加压系统34、空化腔室36、过滤系统38、和控制器40。液体加压系统32被配置成对液体的供应加压并将液体输送到空化腔室36。浆料加压系统34被配置成对浆料的供应加压并将浆料输送到空化腔室36。空化腔室36包括接收液体的内部通路42和接收浆料的外部通路44。

在此示例中，部件30由ALM制造，并且因此可以包括由在整个表面上随机分布的成球熔体（balling melts）引起的表面不规则性。表面还可以包括由层厚度的不一致引起的台阶或阶梯效应。在其他示例中，可以使用任何合适的制造方法来制造部件30。

为了向表面（特别是部件30的内通道）提供表面抛光（例如平滑化或润湿性增强），部件30安装在空化腔室36中，使得部件30的内通道48被流体连接以从内部通路42接收液体并从外部通路44接收浆料。控制器40被配置成控制通过内通道的液体的流，以生成空化泡并通过空化泡的内爆来侵蚀内通道的表面或使内通道的表面塑性变形。

液体中的空化特别是由于在给定温度下流体静压力下降低于液体的蒸气压力而引起的。在不希望受理论束缚的情况下，认为空化泡内爆以生成冲击波，该冲击波继而生成微射流。微射流被认为在内通道的表面上引起微凹坑或裂纹，并且由此去除内表面上松散结合的颗粒，侵蚀或去除来自由ALM制成的部件30的内表面的成球熔体，或使表面塑性变形，从而产生微纹理，该微纹理增加表面能并增强其表面润湿性。

控制器40还被配置成控制通过部件30的内通道的浆料的流，以研磨内通道的表面。浆料包括磨料颗粒，所述磨料颗粒从内通道的表面研磨或去除成球熔体。

液体和浆料的混合流离开内通道到达排放线46。排放线46将液体和浆料的混合流运送到过滤系统38。过滤系统38被配置成分离混合流以产生液体和浆料。分离的液体和浆料分别再循环到液体加压系统32和浆料加压系统34。

在此示例中，控制器40用于控制设备的操作，特别是液体加压系统32、浆料加压系统34、空化腔室36和过滤系统38。在其他示例实施例中，可以使用多个控制器来控制设备。

将参考图3至图7进一步详细描述设备的每个系统的操作。

图3示出了示例液体加压系统32的示意图。液体加压系统32包括液体52的供应。在示例中，液体52可以是水。液体52可以设置在液体罐50中。液体罐包括加热器54和温度传感器56，其能够用于加热液体52并监测其温度。增加液体52的温度被认为通过增加空化泡的生成和增加空化内爆的强度来增加空化强度。

还可以存在用于监测液体罐中的液体52的位高（level）的液体位高传感器58。液体泄放阀72设置在液体罐中以从液体罐去除液体52。液体加压系统32还包括液体泵62。在此示例中，液体泵62可以是正排代泵，例如活塞泵。然而，能够使用任何其他合适的泵。液体泵62用于从液体罐抽取液体52并对液体52加压。在一个示例中，液体52被加压至约250-350巴，但是在一些示例中，液体52可以被加压至如1000巴那么高。根据由液体位高传感器检测到的液体位高来打开或关闭液体泵62。液体加压系统32可以包括压力释放阀60，以释放流线中的过量压力并将液体52返回到液体罐。

液体泵62配置成将液体52泵送到空化腔室36。液体加压系统32还包括液体流控制装置76以控制液体52的流率。在示例中，液体流控制装置76可以是变频驱动器。液体蓄积器64用于缓和由液体泵62引起的液体52的流中的脉动。提供液体压力调节器68以控制液体52的流中的压力。为了监测液体52流的流率和压力，提供液体流计量器66和液体压力传感器70。提供液体阀74以控制到空化腔室36的液体52的流。在示例中，液体阀74可以是止回阀或不返回阀。

控制器40被配置成从液体流计量器66、液体压力传感器70、液体位高传感器和液体温度传感器接收数据。控制器40被配置成控制液体泵62、液体加热器54和液体流控制装置76中的任何一个或全部，以基于从液体流计量器66、液体压力传感器70和液体温度传感器接收的数据来调节液体的流的空化强度。在其他示例中，控制器40可以被配置成向用户显示来自液体流计量器66、液体压力传感器70、液体位高传感器和液体温度传感器的数据，以允许通过用户输入手动控制和改变液体泵62和/或液体阀74。

图4示出了示例浆料加压系统34的示意图。浆料加压系统34包括浆料80的供应。浆料80包括磨料颗粒的悬浮混合物。浆料80可包括悬浮在液体中的浓度为高达30%（按重量计）的磨料颗粒。磨料颗粒可具有5μm和500μm之间的平均颗粒尺寸。颗粒尺寸也可以大于500μm。磨料颗粒可由任何合适的磨料材料（诸如例如，碳化硅、立方氮化硼、氧化铝、赤铁矿、石英、和磷灰石）形成。

浆料加压系统34包括包含浆料80的浆料罐78。浆料罐78包括浆料搅拌器82，其混合和搅动罐中的浆料80并保持浆料80的均匀性。搅拌器82可由电动马达提供动力。浆料罐78还可以包括合适的温度控制装备以控制浆料80的温度。还提供了浆料位高传感器84，其用于监测浆料罐78中的浆料80的位高。浆料泄放阀100设置在浆料罐78中以从浆料罐78去除浆料80。

浆料泵86配置成将浆料80泵送到空化腔室36。在示例中，浆料泵86可以是正排代泵。浆料泵86配置成对浆料80加压。在一个示例中，浆料80可以被加压至约100巴。根据由浆料位高传感器84检测到的浆料位高来打开或关闭浆料泵86。浆料加压系统34可以包括压力释放阀（未示出），以释放浆料流线中的过量压力并将浆料80返回到浆料罐78。

浆料加压系统34还包括浆料流控制装置92，以控制浆料80的流率。在示例中，浆料流控制装置92可以是变频驱动器。浆料蓄积器88用于缓和由浆料泵86引起的浆料流中的脉动。提供浆料压力调节器94以控制浆料流中的压力。为了监测浆料流的流率和压力，提供浆料流计量器90和浆料压力传感器96。提供浆料阀98以控制到空化腔室36的浆料流。在示例中，浆料阀98可以是止回阀或不返回阀。

控制器40被配置成从浆料流计量器90、浆料压力传感器96、浆料位高传感器84和浆料温度传感器接收数据。控制器40被配置成基于所接收的数据来控制浆料泵86和浆料流控制装置92中的一个或两者，以调节浆料80的压力、流率和温度。在其他示例中，控制器40可以被配置成向用户显示来自浆料流计量器90、浆料压力传感器96、浆料位高传感器84和浆料温度传感器的数据，以允许通过用户输入手动控制和改变浆料泵86和/或浆料阀98。

图5示出了空化腔室36的示例布置的详细表示。在此示例中，部件30被示出为具有内通道48的简单管。在其他示例中，部件30可以是任何形状，并且可以具有用于表面抛光的任何数量的复杂通道。如前所述，部件30可以使用ALM制造，并且内通道可以具有粗糙表面，例如由成球熔体或次优的表面润湿性引起的粗糙表面。

从液体加压系统32输送的加压液体52被接收在内部通路42中。从浆料加压系统34输送的浆料80被接收在外部通路44中。在此示例中，内部通路42和外部通路44存在于喷嘴102中。喷嘴102包括外部管106和设置在外部管106内的内部管104。内部管104内的空间包括内部通路42，并且外部管106与内部管104之间的空间包括外部通路44。因此，内部通路42和外部通路44同心地布置。内部管104位于喷嘴102的中心区域处，特别是沿着其中心轴线。内部管104包括内部输出口108，并且外部管106包括外部输出口110。在此示例中，外部管106围绕内部管104。在此示例中，内部输出口108从外部输出口110偏移，使得内部输出口108在喷嘴102的端部内。该偏移被称为喷嘴的疏离（stand-off）距离。疏离距离影响所需的表面抛光和工件内部的空化流注的有效长度。然而，在其他示例中，内部输出口108可以放置在喷嘴102的端部内。在其他示例中，内部输出口108可以从喷嘴输出口110突出。喷嘴102能够由任何合适的耐磨材料制成。

在示例中，空化腔室36可以包括包含部件30和喷嘴102的封闭空间。部件30安装在空化腔室36中，使得内通道48的入口流体连接到喷嘴102的内部输出口和外部输出口，以分别从内部通路42和外部通路44接收液体52的流和浆料80的流。在内通道48的入口的下游的内通道的出口也流体连接到排放线46，以将液体52和浆料80的混合流排放到过滤系统38。部件30可以在使用任何合适的固定装置（诸如通过夹持、通过摩擦配合或通过紧固件）的情况下被保持在腔室中。

在此示例中，由于压力从内部通路42内的高压力到内部输出口108外部的较低压力的改变，在液体52中的空化发生。特别地，空化是由给定温度下的流体静压力下降低于液体52的蒸气压力引起的。选择内部输出口108的直径，使得在液体52中生成空化泡112。内部通路42的直径向下渐缩至内部输出口108，使得内部通路42在内部输出口108处最窄。液体52的流部分地受到内部输出口108的限制。通过在液体52通过内部输出口108时部分地限制液体52的流，可以通过流体动力学效应在液体52中生成空化泡112。

当浆料80流动通过外部输出口110并到部件30的内通道48中时，浆料80中的磨料颗粒114撞击内通道48的表面并通过研磨表面来去除表面不规则性。通过经由外部输出口110将浆料80引导到内通道中，浆料80能够邻近内通道48的表面流动，并且因此磨料颗粒114能够与表面具有高水平的相互作用。可以控制液体52和浆料80同时流动通过内通道48。在此示例中，液体52中的空化泡112的内爆或塌缩可生成冲击波，这导致邻近的浆料80中的磨料颗粒114加速。加速磨料颗粒114能够导致磨料颗粒114以较快的速率撞击内通道48的表面，并且因此导致较快的研磨的速率。

浆料80中的磨料颗粒114被认为可能具有表面缺陷，其在以高速行进时捕获气体，导致局部压力下降，并且由此生成更多的空化泡112以加速磨料颗粒114并增强抛光。

据认为，虽然空化泡112可能在去除内通道的表面中的相对大的缺陷方面是有效的，所述缺陷诸如松散结合的颗粒和成球熔体，但它们在平滑化或去除部件30的大块材料方面可能较不有效（至少在没有磨料颗粒114的情况下）。浆料80中的磨料颗粒114研磨内通道的表面，并且可将其平滑化至比单独的空化泡112精细的抛光（例如，相对较低的粗糙度）。

浆料80包括悬浮在低粘度液体中的磨料颗粒114，因此当与依赖于较高粘度液体的方法相比时，磨料颗粒在部件30中的窄部分或复杂弯曲部处积聚的风险降低。

空化强度涉及在液体52中生成的空化泡112的量和/或涉及空化泡112的内爆的强度。空化腔室36可以包括监测液体52的空化强度的传感器142（图7），其将数据发送到控制器40。控制器40可以使用此数据来控制液体52的压力、流率和温度，以控制部件30的表面的侵蚀的水平。类似地，控制器40可以控制浆料80的压力、流率和温度，以控制部件30的表面的研磨的水平。能够通过控制液体52和浆料80的相应参数来实现不同的表面粗糙度的值。

浆料80中的磨料颗粒114的尺寸能够变化，以在部件30的内通道中产生不同水平的表面抛光。可以在浆料80中使用大的磨料颗粒，例如以500μm或更大的量级的磨料颗粒。大磨料颗粒能够在内通道中引起高程度的研磨，并且能够用于实现相对粗糙的表面抛光，或者用于去除大量的材料以实现所需的表面抛光。可以在浆料80中使用小磨料颗粒，例如以5-500μm的量级。小磨料颗粒在内通道中引起低程度的研磨，并且能够用于实现较精细的表面抛光。在另一个示例中，浆料80可包括大磨料颗粒和小磨料颗粒的混合物，该混合物呈用于实现所需的表面抛光所选择的相对浓度。

虽然在此示例中，液体52和浆料80被控制为同时流动通过内通道，但是该设备被配置成独立于浆料80的流来控制液体52的流。

可以关闭浆料阀98并且可以打开液体阀74，以仅允许液体52流动到内部通路42。在此配置中，仅液体52被控制以流动通过部件30的内通道，使得生成空化泡112以侵蚀内通道。通常在由ALM制造的部件中，内通道可能具有大的表面不规则性，诸如在表面上的成球熔体或台阶效应。作为结果，部件30的内通道可能被阻塞。用于生成空化泡112的液体的高压流和液体52的空化能够有助于在利用用于生成空化泡112的液体流和浆料80的流的组合或单独的浆料80的流执行进一步表面抛光之前清理阻塞的内通道。

同样地，可以打开浆料阀98并且可以关闭液体阀74，以仅允许浆料80流动到外部通路44，并且然后流动到部件30的内通道。浆料80的流允许通过磨料颗粒114将内通道的表面抛光至更精细的抛光。这作为在液体的流和空化泡112的生成的初级抛光过程之后使用的次级抛光过程可能是有利的。替代地，如果部件30具有低壁厚，则所需的表面抛光水平可以是低的，以防止材料从内通道的过度去除以及随后的部件30的弱化。在这样的示例中，能够控制设备以仅允许浆料80的流通过内通道以实现所需的表面抛光。

图6示出了过滤系统38的示例布置。过滤系统38包括过滤罐116，过滤罐116配置成接收来自排放线46的液体52和浆料80的混合流。排放线46将液体52和浆料80的混合流朝向过滤罐116的底部输送。过滤系统38还包括混合器118，其搅拌罐内的混合的液体52和浆料80。

过滤系统38包括至少一个过滤器，该过滤器跨过滤罐116的宽度延伸。在此示例中，过滤罐116中存在两个过滤器（精细过滤器126和粗略过滤器124）。精细过滤器126具有比粗略过滤器124小的孔尺寸，从而防止大于该孔尺寸的颗粒通过精细过滤器126。在此示例中，精细过滤器126和粗略过滤器124是丝网过滤器；然而在其他示例中，可以使用其他类型的过滤器。能够通过在丝网过滤器中选择不同的丝网尺寸来改变孔尺寸。

过滤系统38还包括过滤位高传感器120，其监测过滤罐116内的混合的液体52和浆料80的位高。过滤罐泄放阀122被包括以从过滤罐116去除液体52和浆料80。

在操作中，控制器40操作搅拌器以使混合的液体52和浆料80在过滤罐116内循环，并防止浆料80中的磨料颗粒沉淀在过滤罐116的底部处。液体52朝向过滤罐116的顶部上升并通过粗略过滤器124和精细过滤器126两者。在浆料80中的磨料颗粒的流动受到过滤器的限制。特别地，精细过滤器126限制存在于混合的液体和浆料中的小颗粒的流，该小颗粒可以包括从部件侵蚀或研磨的碎屑。粗略过滤器124限制在浆料中的磨料颗粒的流。混合的液体52和浆料80被分离，其中液体52在过滤罐116的顶部处，包括磨料颗粒80的浆料在过滤罐116的底部处，并且小颗粒128的混合物在精细过滤器和粗略过滤器之间。小颗粒128的混合物可以作为废产物从过滤罐中去除。

罐的顶部处的分离的液体52从过滤罐116收集到收集罐130。收集罐130包括收集位高传感器132和收集罐泄放阀138。液体转移泵136用于将液体52从收集罐130泵送到液体加压系统32的液体罐。液体52在液体加压系统32中加压，并且重新用于对部件30的内通道进行表面抛光。

从过滤罐116收集在收集罐130中的液体52可含有粒子，该粒子可包括小于精细过滤器126的孔尺寸的颗粒，或来自部件30的内通道的碎屑，其在表面抛光期间被侵蚀或研磨。为了去除粒子，将液体52泵送通过微过滤器134。微过滤器134具有非常精细的孔尺寸，其小于精细过滤器126。在此实施例中，示出了单个微过滤器134；然而，在其它实施例中，可以使用多个微过滤器，每个微过滤器具有不同的孔尺寸。

通过浆料转移泵140将收集在过滤罐116的底部处的浆料80泵送到浆料加压系统34中的浆料罐78。浆料80能够在浆料加压系统34中加压，并且重新用于通过研磨对部件30的内通道进行表面抛光。

图7示出了根据本公开的用于抛光部件30的表面的示例设备的详细示意图。该设备包括液体加压系统32、浆料加压系统34、空化腔室36、过滤系统38和控制器40。

如图所示，排放压力计144和排放压力调节器146设置在排放线46中。排放压力计144用于监测离开空化腔室36的流的压力。排放压力调节器146能够用于控制空化腔室36内的液体和浆料的压力。特别地，排放压力调节器146能够用于调节空化腔室36中的背压。控制器40能够控制排放压力调节器146的操作。通过控制背压，能够改变表面的表面抛光水平。

该设备还包括第一出口阀148、第二出口阀150、和三通阀152，其沿着排放线46在空化腔室36的下游。能够打开第一出口阀148以将排放线46中的流引导到过滤系统38，特别是过滤罐116。能够打开第二出口阀150以将排放线46中的流引导到三通阀152。三通阀152能够选择性地控制液体52流动到收集罐130或控制浆料80流动到浆料罐78。

取决于部件30的表面抛光要求，该设备能够以多种不同的配置操作。如上所述，在一种配置中，能够操作该设备，使得液体加压系统32将液体52的流输送到空化腔室36，并且浆料加压系统34将浆料80的流输送到空化腔室36。控制器40能够控制沿着部件30的表面的液体52的流，以生成空化泡，以通过空化泡的内爆来侵蚀表面，并且同时控制浆料80的流以研磨表面。离开空化腔室36的液体52和浆料80的混合流经由排放线46运送。在此配置中，第一出口阀148打开并且第二出口阀150保持关闭，从而将液体52和浆料80的混合流引导至过滤系统38以分离。

在另一配置中，仅液体52的流从液体加压线路被引导到空化腔室36。控制器40能够控制液体52的流以生成空化泡，以通过空化泡的内爆来侵蚀表面。这可以用于例如清理部件30的阻塞的内通道。在此配置中，排放线46仅运送远离空化腔室36的液体52的流。当仅液体的流被用于对部件进行表面抛光时，第一出口阀148关闭并且第二出口阀150打开，并且三通阀152被控制以将液体52的流引导到收集罐130。液体52可含有变化的量的颗粒物质，在示例中，该颗粒物质可包括从部件30侵蚀掉的碎屑或来自使用浆料80的先前抛光过程的剩余在部件30中的磨料颗粒。如前所述，液体转移泵136被控制以将液体52从收集罐130泵送通过微过滤器134以去除颗粒物质。液体52被泵送到液体罐，在液体罐中，液体52能够被加压并重新用于空化腔室36中的表面抛光。

在另一配置中，仅浆料80的流从浆料加压系统34被引导到空化腔室36，其中浆料80的流被控制以研磨部件30的表面。这可以在所需的表面抛光水平低时使用，从而仅需要通过浆料80进行研磨。在此配置中，离开空化腔室36的排放线46仅运送浆料80的流。在其中仅浆料的流用于表面抛光的此配置中，第一出口阀148关闭并且第二出口阀150打开，并且三通阀152被控制以将浆料80的流引导到浆料罐78。在一示例中，当需要连续的浆料80的流流动通过空化腔室36以研磨部件30的表面时，可以使用此配置。

虽然已经描述了该设备用于抛光部件30的内表面，但是应当领会，该设备也能够用于抛光部件30的外表面。通过控制流动参数，即液体52的压力、流率和温度以及浆料80的压力、流率和颗粒尺寸，该设备能够用于在部件30上的多种不同操作。例如，部件30的表面可以通过液体52中的生成的空化泡和空化泡的随后塌缩来清洁。在另一个示例中，能够控制流动参数以在部件30的表面上执行表面处理，并通过在表面处引起压缩残余应力来修改其机械属性。

图8示出了本公开的替代实施例，其中喷嘴102安装到机械臂300。机械臂300可用于操纵喷嘴102以在部件30的多个区上执行表面抛光。喷嘴102能够被安装到机械臂300的端部效应器。机械臂300可以是铰接的并且被配置成以六个自由度移动。如前所述，喷嘴102配置成接收来自液体加压系统32的液体的流和来自浆料加压系统34的浆料的流。

部件30可以安装在腔室中，例如罐340中。在另一个示例中，部件30可以由固定件保持。在此示例中，罐340包含浆料320的浸浴器。部件30可以浸没在浆料320的浸浴器中。喷嘴102的输出口也可以浸没在罐340内。能够控制液体的流以生成空化泡，以通过空化泡的内爆来侵蚀部件30的表面。能够控制浆料的流以研磨部件30的表面。部件30的表面可以包括外表面或内表面。能够控制机械臂300以改变喷嘴102的角度，以将空化泡的流和浆料的流从喷嘴102引导到部件30。作为改变喷嘴102的角度的结果，能够改变所实现的表面抛光。能够控制液体和浆料的压力和流率以改变表面抛光的程度。离开喷嘴102的液体和浆料可以由罐340收集。过滤系统38可用于分离收集的液体和浆料。

图9图示了另一个替代实施例，其类似于图2的实施例，但是具有空化腔室36’的替代布置。空化腔室36’具有相同的喷嘴布置102，喷嘴布置102具有上面参考图5描述的内部通路42和外部通路44。然而，与图2的空化腔室36不同，图9的空化腔室36包括罐37，罐37对大气压开放并且填充有液体，在这种情况下为纯水。

喷嘴102和部件30浸没在罐37中的液体中。将部件30浸没在液体中方便地允许在部件30的外表面附近发生一些空化和研磨，从而为外表面提供一些抛光。尽管未在图9中图示，但是过滤系统38可以适配成将液体返回到罐37以保持罐37的位高。

图10图示了另一个替代实施例，其中利用空化生成器32’的不同的源代替液体加压系统32。

在根据图10的第一示例中，通过工作流体的超声波激励生成空化泡，在图10中，工作流体是流动通过喷嘴102的外部通路44并到部件30的内通道中的浆料的供应。超声波生成器32’生成超声波振动，然后该超声波振动经由喷嘴102传递到工作流体。特别地，超声波生成器32’可以联接到喷嘴102的内部管104，使得喷嘴能够将振动传输到流体中。在一些情况下，内部管104可以作用为或联接到放大振动的超声波角状物（horn）。

喷嘴或角状物的振动频率和幅度可以由控制器40控制，以便生成以不同强度的空化。可以使用0 kHz至100 kHz的量级的合适频率，其中超声波角状物的振动幅度为0 μm至150 μm的量级，然而这些将在一定程度上取决于布置的几何形状。如果腔室被加压，则其压力、以及实际上浆料入口压力也可以被控制以根据期望抛光部件的表面。

在根据图10的第二示例中，通过工作流体的激光激励生成空化泡，在这种情况下，工作流体是流动通过喷嘴102的外部通路44并到部件30的内通道中的浆料的供应。在这种情况下，激光器32’聚焦在部件表面上并被集中以在部件周围的流体中生成等离子体，从而导致空化。

激光类型、波长、频率和暴露时间可以由控制器40选择和/或控制，以便以期望的强度生成空化效应。合适的激光波长可以在193至10600纳米的范围内，其中暴露时间为1飞秒至1秒的量级。如果腔室被加压，则其压力、以及实际上浆料入口压力也可以被控制以根据期望抛光部件的表面。

在这些情况中的两者中，可以用较简单的系统38’代替图2和图6的过滤系统38。具体地，系统38’可以不需要过滤经由排放线46接收的输出或将液体返回到液体加压系统32，而是可以替代地仅将浆料返回到浆料加压系统34。在一些情况下，液体加压系统和超声波生成器32’和/或激光器32’的组合可以用于空化，在这种情况下，仍然可以提供过滤系统38。

上述示例中的每个将浆料（即，悬浮在液体中的磨料颗粒）的流输送到部件的表面，以便提供用于表面抛光的磨料颗粒。然而，替代布置可输送干磨料（即，未悬浮在流体中的磨料颗粒）的流。在这种情况下，工作流体的液体部分（其是实现能够发生空化的条件所需的）能够经由加压液体和罐37中的液体（如果存在的话）的流来提供。在使用超声波或激光空化的情况下，如图10中，干磨料的使用需要图10中不存在的液体的附加源。图11图示了一个示例，其中部件浸没在罐37中的液体（例如纯水）中，使得磨料34的源能够是浆料的源或干磨料的源。在使用干磨料的情况下，将理解，过滤系统38被适当地配置成从经由排出线46接收的混合物中过滤磨料颗粒，并使干磨料返回以输送到空化腔室36、36’。

Claims (33)

1.一种用于抛光部件的表面的方法，包括：

将所述部件安装在设备中，所述设备被配置成将磨料的流输送到所述表面并且使用空化生成器在接触所述表面的液体中生成空化泡；

控制所述空化生成器，使得生成空化泡以通过所述空化泡的内爆来抛光所述表面；以及

控制到所述表面的所述磨料的流，以便通过研磨来抛光所述表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述磨料的流是浆料的流或干磨料的流。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述空化生成器包括超声波生成器，所述超声波生成器被配置成通过所述液体中的超声波激励在接触所述表面的所述液体中生成空化泡。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述空化生成器包括激光器，所述激光器被配置成通过所述液体中的激光激励在接触所述表面的所述液体中生成空化泡。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述空化生成器被配置成将液体的流输送到所述表面以生成空化泡。

6.根据权利要求5所述的方法，包括将所述液体的流和所述磨料的流独立于彼此控制。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，还包括在将所述液体的流输送到所述表面之前对所述液体的流加压。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中控制所述液体的流的压力和/或流率以控制空化泡生成和/或空化泡内爆的强度。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中所述液体的流和所述磨料的流在所述表面处混合；所述方法还包括控制所述混合流流动通过过滤系统以将所述混合流分离成所述液体和所述磨料。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括将所述分离的液体和磨料再循环到所述设备以用于输送。

11.根据权利要求3所述的方法，包括控制所述超声波振动的幅度和/或频率以控制空化泡的生成。

12.根据权利要求4所述的方法，包括控制所述激光的频率、波长和/或暴露时间以控制空化泡的生成。

13.一种用于抛光部件的表面的设备，包括：

空化生成器，所述空化生成器被配置成在接触所述部件的所述表面的液体中生成空化泡；

磨料供应线，所述磨料供应线被配置成将磨料的流输送到所述表面；以及

控制器，所述控制器被配置成控制所述空化生成器以生成空化泡，以通过所述空化泡的内爆来抛光所述表面，并且被配置成控制所述磨料的流，以便通过研磨来抛光所述表面。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述磨料的流是浆料的流或干磨料的流。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的设备，其中所述空化生成器包括超声波生成器，所述超声波生成器被配置成通过超声波空化在接触所述表面的液体中生成空化泡。

16.根据权利要求13或权利要求14所述的设备，其中所述空化生成器包括激光器，所述激光器被配置成通过激光空化在接触所述表面的液体中生成空化泡。

17.根据权利要求13或权利要求14所述的设备，其中所述空化生成器包括液体供应线，所述液体供应线被配置成将液体的流输送到所述表面以生成空化泡。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述控制器被配置成将所述液体的流和所述磨料的流独立于彼此控制。

19.根据权利要求17或权利要求18所述的设备，其中所述液体供应线包括液体的供应、液体泵和液体压力调节装置，其中所述液体泵和所述液体压力调节装置被配置成对所述液体的流加压。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的设备，其中所述磨料供应线包括浆料的供应、浆料泵和浆料压力调节装置，其中所述浆料泵和所述浆料压力调节装置被配置成对所述浆料的流加压。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的设备，其中所述控制器被配置成控制所述液体的流的压力和/或流率，以控制空化泡生成和/或空化泡内爆的强度。

22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中所述浆料包括磨料颗粒的悬浮混合物。

23.根据权利要求17至22中任一项所述的设备，还包括第一通路和第二通路，所述第一通路用于将所述液体的流输送到所述表面，所述第二通路用于将所述浆料的流输送到所述表面。

24.根据权利要求23所述的设备，还包括喷嘴，其中所述喷嘴包括所述第一通路和所述第二通路。

25.根据权利要求24所述的设备，其中所述第一通路位于所述喷嘴的中心区域处，并且所述第二通路围绕所述第一通路。

26.根据权利要求17至25中任一项所述的设备，还包括空化腔室，所述部件安装在所述空化腔室中，所述空化腔室包括从所述空化腔室离开的排放线，其中所述排放线运送液体和磨料的混合流。

27.根据权利要求26所述的设备，其中所述排放线包括排放压力调节器，所述排放压力调节器被配置成调节所述空化腔室中的背压。

28.根据权利要求27所述的设备，其中所述控制器被配置成控制所述排放压力调节器以调节所述空化腔室中的所述背压。

29.根据权利要求26至28中任一项所述的设备，还包括过滤系统，所述过滤系统被配置成接收来自所述排放线的所述混合流并将所述混合流分离成所述液体和所述磨料。

30.根据权利要求29所述的设备，其中所述过滤系统包括具有至少一个过滤器的过滤罐，所述过滤罐被配置成接收液体和磨料的所述混合流；其中在使用中，所述过滤器至少部分地限制所述过滤罐内的所述浆料的流，以将所述混合流分离成所述液体和所述磨料。

31.根据权利要求30所述的设备，其中所述过滤系统包括多个过滤器，所述多个过滤器中的每个具有不同的孔尺寸。

32.根据权利要求29至31中任一项所述的设备，其中所述控制器被配置成将所述分离的液体再循环到所述液体供应线，并且将所述分离的磨料再循环到所述磨料供应线。

33.根据权利要求17至32中任一项所述的设备，其中所述表面包括所述部件的内通道的表面。

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