CN114346913A - 纳米氧化铈液辅助磨削的供给系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米氧化铈液辅助磨削的供给系统与方法。所述一种纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，包括纳米氧化铈液、超声液体处理装置、循环泵、管头、磨削工作台、回流管、容器；所述磨削工作台用于承载工件，磨削砂轮装于主轴上；所述纳米氧化铈液存放在所述容器中，经超声液体处理装置处理后，经循环泵运送至磨削工作台高度，经管头运送至磨削工作台，然后纳米氧化铈液经回流管流入容器。本发明采用物理方法防止纳米氧化铈颗粒沉降和团聚，能够避免纳米氧化铈液辅助磨削中，纳米氧化铈颗粒沉降和团聚导致辅助磨削效果逐渐变差的现象，实现长效、高质量的纳米氧化铈液辅助磨削加工。
Description
技术领域
本发明涉及纳米氧化铈液辅助磨削加工领域，具体地，涉及一种纳米氧化铈液辅助磨削的供给系统与方法，尤其涉及一种面向纳米氧化铈液的物理方法防止纳米氧化铈颗粒沉降和团聚，形成均匀的纳米氧化铈液，保持其长久、有效的辅助磨削功能。
背景技术
目前，硬脆性材料如光学元件(石英玻璃、BK7等)、半导体元件(单晶碳化硅、单晶硅、氧化镓单晶等)需要高质量的表面(低表面粗糙度和亚表面损伤)。但是这些元件的加工大多采用昂贵的纳米级别机床和超细磨粒的磨具等。磨削深度受限在纳米尺度内，导致加工效率极低，加工成本高昂。现有技术中的纳米氧化铈雾化液辅助磨削可得到较好的磨削结果，但是，纳米氧化铈颗粒的沉降和团聚导致其辅助磨削功能随着磨削加工的进行有所降低。现有方法是采用添加化学物质达到纳米氧化铈颗粒分散的目的，但是，化学过程非常复杂，难于精确计算和控制、以及配量不匹配将影响其功能。
专利文献CN104448786A公开了一种聚氨酯/纳米氧化铈水分散液的制备方法。主要包括以下步骤：一、以聚乙烯醇为胶体稳定剂，在其水溶液中原位生成纳米氧化铈水溶胶；二、采用二异氰酸酯化合物，聚醚多元醇、二羟甲基丙酸，二元醇为主要原料制得聚氨酯预聚体，加入胺类化合物、水进行成盐及乳化，同时在乳化过程中引入纳米氧化铈溶胶得到抗紫外水性聚氨酯分散体，该发明通过在聚乙烯醇水溶液中原位生成纳米氧化铈水溶胶，将其与水性聚氨酯复合，减少了直接使用纳米氧化铈粉体难以分散、团聚现象。但该方案包括聚乙烯醇水溶液，仍然可能由于计算、控制以及配量聚乙烯醇水溶液的不准确，导致的影响其功能的现象。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种纳米氧化铈液辅助磨削的供给系统与方法。
根据本发明提供的一种纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，包括纳米氧化铈液、超声液体处理装置、循环泵、管头、磨削工作台、回流管、容器；
所述磨削工作台用于承载工件；
所述磨削工作台上设置有磨削区域，所述工件在所述磨削区域中被磨削；
所述纳米氧化铈液存放在所述容器中，超声液体处理装置的工作端浸没在纳米氧化铈液中，循环泵的输入端连接容器，循环泵的输出端通过管头连接磨削工作台，从而将容器内的纳米氧化铈液导向至磨削区域，磨削工作台通过回流管连接容器，从而使磨削工作台中的纳米氧化铈液回流至容器。
优选地，所述超声液体处理装置为超声振动棒装置。
优选地，所述超声振动棒装置的超声功率2000W，频率20KHZ。
优选地，所述管头为圆头、扁头或孔洞圆扁头。
优选地，所述循环泵为水泵，所述水泵流量4300L/H-12000L/H。
优选地，所述纳米氧化铈液的pH在7～14之间。
优选地，所述容器为圆桶或方桶。
优选地，所述回流管为塑料管。
根据本发明提供的一种纳米氧化铈液辅助磨削的方法，采用所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，还包括以下步骤：
S1：在所述容器中利用超声液体处理装置搅拌纳米氧化铈液；
S2：利用循环泵将纳米氧化铈液输送至磨削工作台；
S3：在磨削工作台上进行磨削作业，利用纳米氧化铈液辅助磨削作业；
S4：操作超声液体处理装置，使所述超声液体处理装置每工作第一时间，停止第二时间；直至完成磨削作业；
S5：关闭超声液体处理装置与循环泵。
优选地，所述S4中，所述第一时间为5分钟，所述第二时间为1分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用超声方法防止纳米氧化铈颗粒沉降和团聚，能够避免纳米氧化铈液辅助磨削中，纳米氧化铈颗粒沉降和团聚导致辅助磨削效果逐渐变差的现象，实现长效、高质量的纳米氧化铈液辅助磨削加工。
2、本发明采用物理高度差与循环泵相互配合的方式，使纳米氧化铈液能够顺利在系统内流动。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：实施例1为基础实施例。
本发明提供了一种纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，包括纳米氧化铈液1、超声液体处理装置2、循环泵3、管头4、磨削工作台、回流管5、容器6。所述磨削工作台用于承载工件；所述磨削工作台上设置有磨削区域，所述工件在所述磨削区域中被磨削；优选的，所述工件在磨削工作台上被磨削砂轮磨削作业。
所述纳米氧化铈液1存放在所述容器6中，超声液体处理装置2的工作端浸没在纳米氧化铈液1中，循环泵3的输入端连接容器6，循环泵3的输出端通过管头4连接磨削工作台，从而将容器6内的纳米氧化铈液1导向至磨削区域，磨削工作台通过回流管5连接容器6，从而使磨削工作台中的纳米氧化铈液1回流至容器6。优选的，所述循环泵3的输入端连接容器6底部。所述纳米氧化铈液1存放在所述容器6中，经超声液体处理装置2处理后，经循环泵3运送至磨削工作台高度，经管头4运送至磨削工作台，然后纳米氧化铈液经回流管5流入容器6。优选的，所述容器6与所述循环泵3之间、所述循环泵3与所述管头4之间通过管道连接。所述经超声液体处理装置2处理是指：所述纳米氧化铈液1经超声液体处理装置2超声物理乳化和分散。经处理后能够得均匀的纳米氧化铈液。
优选的，所述容器6与循环泵3的高度低于所述磨削工作台所在高度，纳米氧化铈液1在循环泵3的作用下被输送至磨削工作台，再在重力的作用下经回流管5流回至容器6中，完成一次循环。
所述纳米氧化铈液1可为纯纳米氧化铈液，所述循环泵3为水泵，所述水泵流量4300L/H-12000L/H，所述超声液体处理装置2为超声振动棒装置，优选的，采用苏州索尼克超声振动棒装置，型号为JY-Y202G，所述超声振动棒装置的超声功率2000W，频率20KHZ。所述管头4可选为圆头、扁头或孔洞圆扁头等，除此以外，所述管头4还可以带有雾化功能。所述纳米氧化铈液可采用不同pH值的纳米氧化铈液，优选的，纳米氧化铈液1的pH在7～14之间。
优选的，所述纳米氧化铈颗粒大小包含所有能生产的尺寸，超声振动棒装置工作方式为连续工作或间断工作。纳米氧化铈液盛装容器包括所有满足盛装纳米氧化铈液要求的容器，如圆桶、方桶等。所述水管包括所有能满足将纳米氧化铈液传送至磨削工作区域要求的水管，如塑料管。
本发明提供还一种纳米氧化铈液辅助磨削的方法，采用所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，还包括以下步骤：
S1：在所述容器6中利用超声液体处理装置2搅拌纳米氧化铈液1；
S2：利用循环泵3将纳米氧化铈液1输送至磨削工作台；
S3：在磨削工作台上进行磨削作业，利用纳米氧化铈液(1)辅助磨削作业；；
S4：操作超声液体处理装置2，使所述超声液体处理装置2每工作第一时间，停止第二时间；直至完成磨削作业；优选的，所述第一时间为5分钟，所述第二时间为1分钟。
S5：关闭超声液体处理装置2与循环泵3。
实施例2：实施例2是实施例1的一个优选例。
采用CNC磨床(型号为SMARTB818Ⅲ)，磨削工作台在所述采用CNC磨床上，采用180#金刚石砂轮，磨粒尺寸约80μm，砂轮尺寸：直径150毫米，厚度5毫米，所述砂轮安装在所述CNC磨床的主轴上，工件材料是石英光学玻璃，几何尺寸长×宽×高为20毫米×20毫米×4毫米。金刚石砂轮转速4000转/分钟，磨削进给速度大小为1毫米/分钟，磨削深度5微米。采用所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，纳米氧化铈液(1)中氧化铈颗粒尺寸为1μm，溶液总质量为5公斤，溶液的质量份数为10％，水泵流量为4300L/H，所述超声液体处理装置2采用苏州索尼克超声振动棒装置，型号为JY-Y202G，超声功率2000W，频率20KHZ，磨削过程中超声装置每工作5分钟，停1分钟，加工表面粗糙度达到64.6nm。与不采用超声液体处理装置2的系统达到的粗糙度99nm相比，提高了34.7％。
实施例3：实施例3是实施例1的一个优选例。
采用CNC磨床(型号为SMARTB818Ⅲ)，磨削工作台在所述采用CNC磨床上，采用180#金刚石砂轮，磨粒尺寸约80μm，砂轮尺寸：直径150毫米，厚度5毫米，所述砂轮安装在所述CNC磨床的主轴上，工件材料是石英光学玻璃，几何尺寸长×宽×高为20毫米×20毫米×4毫米。金刚石砂轮转速4000转/分钟，磨削进给速度大小为1毫米/分钟，磨削深度5微米。采用所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，纳米氧化铈液1中氧化铈颗粒尺寸为500nm，溶液总质量为5公斤，溶液的质量份数为10％，水泵流量为4300L/H，所述超声液体处理装置2采用苏州索尼克超声振动棒装置，型号为JY-Y202G，超声功率2000W，频率20KHZ，处理过程中工作5分钟，停1分钟，加工表面粗糙度达到191nm。与不采用超声液体处理装置2的系统达到的粗糙度240nm相比，提高了20.4％。当供给流量为12000L/H时，加工表面粗糙度为220nm，提高了8.3％。
实施例4：实施例4是实施例1的一个优选例。
采用CNC磨床(型号为SMARTB818Ⅲ)，磨削工作台在所述采用CNC磨床上，采用180#金刚石砂轮，磨粒尺寸约80μm，砂轮尺寸：直径150毫米，厚度5毫米，所述砂轮安装在所述CNC磨床的主轴上，工件材料是石英光学玻璃，几何尺寸长×宽×高为20毫米×20毫米×4毫米。金刚石砂轮转速4000转/分钟，磨削进给速度大小为1毫米/分钟，磨削深度5微米。采用所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，纳米氧化铈液1中氧化铈颗粒尺寸为50nm，溶液总质量为5公斤，溶液的质量份数为10％。水泵流量为4300L/H，所述超声液体处理装置2使用苏州索尼克超声振动棒装置，型号为JY-Y202G，超声功率2000W，频率20KHZ，处理过程中工作5分钟，停1分钟，加工表面粗糙度达到207nm。与不采用超声液体处理装置2的系统达到的粗糙度292nm相比，提高了29.1％。
实施例5：实施例5是实施例1的一个优选例。
采用CNC磨床(型号为SMARTB818Ⅲ)，磨削工作台在所述采用CNC磨床上，采用180#金刚石砂轮，磨粒尺寸约80μm，砂轮尺寸：直径150毫米，厚度5毫米，所述砂轮安装在所述CNC磨床的主轴上，工件材料是石英光学玻璃，几何尺寸长×宽×高为20毫米×20毫米×4毫米。金刚石砂轮转速4000转/分钟，磨削进给速度大小为1毫米/分钟，磨削深度5微米。采用所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，纳米氧化铈液1中氧化铈颗粒尺寸为20nm，溶液总质量为5公斤，溶液的质量份数为10％，水泵流量为4300L/H，所述超声液体处理装置2使用苏州索尼克超声振动棒装置，型号为JY-Y202G，超声功率2000W，频率20KHZ，处理过程中工作5分钟，停1分钟，加工表面粗糙度达到164nm。与不采用超声液体处理装置2的系统达到的粗糙度207nm相比，提高了15.9％。
本发明中的超声功率需要与处理液体相匹配，如实施例2-5中处理5公斤液体，溶液的质量份数为10％，氧化铈颗粒20nm-1μm，采用的超声振动棒装置选择参数为超声功率2000W，频率20KHZ。更大重量液体或颗粒尺寸需要更大功率的超声装置。本发明中的供给参数需要和磨削参数相匹配，如实施例2-5中采用磨削进给速度1mm/min时，供给流量越小和氧化铈颗粒越大效果较好。
所述纳米氧化铈液辅助磨削供给系统适用于各种磨削机床，如：精密磨削、超精密机床等。本发明采用物理方法防止纳米氧化铈颗粒沉降和团聚，能够避免纳米氧化铈液辅助磨削中，纳米氧化铈颗粒沉降和团聚导致辅助磨削效果逐渐变差的现象，实现长效、高质量的纳米氧化铈液辅助磨削加工。除此以外，本发明可适用于多种材料的辅助磨削提供供给，适合于纳米氧化铈液辅助磨削的材料均适用于本发明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，包括纳米氧化铈液(1)、超声液体处理装置(2)、循环泵(3)、管头(4)、磨削工作台、回流管(5)、容器(6)；
所述磨削工作台用于承载工件；
所述磨削工作台上设置有磨削区域，所述工件在所述磨削区域中被磨削；
所述纳米氧化铈液(1)存放在所述容器(6)中，超声液体处理装置(2)的工作端浸没在纳米氧化铈液(1)中，循环泵(3)的输入端连接容器(6)，循环泵(3)的输出端通过管头(4)连接磨削工作台，从而将容器(6)内的纳米氧化铈液(1)导向至磨削区域，磨削工作台通过回流管(5)连接容器(6)，从而使磨削工作台中的纳米氧化铈液(1)回流至容器(6)。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，所述超声液体处理装置(2)为超声振动棒装置。
3.根据权利要求1所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，所述超声振动棒装置的超声功率2000W，频率20KHZ。
4.根据权利要求1所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，所述管头(4)为圆头、扁头或孔洞圆扁头。
5.根据权利要求1所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，所述循环泵(3)为水泵，所述水泵流量4300L/H-12000L/H。
6.根据权利要求1所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，所述纳米氧化铈液(1)的pH在7～14之间。
7.根据权利要求1所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，所述容器(6)为圆桶或方桶。
8.根据权利要求1所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，所述回流管(5)为塑料管。
9.一种纳米氧化铈液辅助磨削的方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，还包括以下步骤：
S1：在所述容器(6)中利用超声液体处理装置(2)搅拌纳米氧化铈液(1)；
S2：利用循环泵(3)将纳米氧化铈液(1)输送至磨削工作台；
S3：在磨削工作台上进行磨削作业，利用纳米氧化铈液(1)辅助磨削作业；
S4：操作超声液体处理装置(2)，使所述超声液体处理装置(2)每工作第一时间，停止第二时间；直至完成磨削作业；
S5：关闭超声液体处理装置(2)与循环泵(3)。
10.根据权利要求9所述的纳米氧化铈液辅助磨削供给系统，其特征在于，所述S4中，所述第一时间为5分钟，所述第二时间为1分钟。
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