CN114590814A

CN114590814A - 一种磨料制备装置、抛光系统及工作方法

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Publication number: CN114590814A
Application number: CN202210278449.9A
Authority: CN
Inventors: 陈辉; 孙启林; 许崇海; 肖光春; 衣明东; 张静婕; 陈照强
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2022-03-21
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2042-03-21
Also published as: CN114590814B

Abstract

本发明提供一种磨料制备装置、抛光系统及工作方法，涉及抛光设备技术领域，包括生成箱、搅拌机构和多个投料机构，搅拌机构布置在生成箱内；投料机构包括依次连接的原料箱、原料泵和原料阀，原料阀输出端连通生成箱，原料阀、原料泵分别连接至控制器，控制器用于调节原料箱出料速度和不同原料箱出料配比，以调节生成箱内制备磨料的粒径；针对目前磨料制备装置调节抛光磨料粒径不便的问题，利用多种原料进行磨料的制作，通过调节原料的添加速度和配比得到不同粒径的磨料，在调整磨料粒径的同时保持抛光泵输出抛光液；在工作过程中，抛光、回收、制备有续衔接，独立工作，互不影响，满足连续性抛光的工作需求。

Description

一种磨料制备装置、抛光系统及工作方法

技术领域

本发明涉及抛光设备技术领域，具体涉及一种磨料制备装置、抛光系统及工作方法。

背景技术

抛光是机械加工行业的一项重要工作，通过抛光处理工件表面上遗留的缺陷，使零件的表面光滑，对于提高工件的表面质量及性能有着至关重要的作用。现有的工艺流程采用砂、磨等机械方法进行操作，可将表面的凹凸不平度加工到一定的粗糙度，但无法进一步提高抛光精度；纳米二氧化硅/二氧化钛生成的技术已经比较成熟，但是在抛光中的应用较少；同时由于现有抛光装置的结构限制，在抛光过程中，抛光液规格较为单一且较难实现重复使用，面对不同类型和规格的抛光材料往往使用相同大小的磨料粒径，人工更换不同粒径磨料降低了生产效率，特别对于大批量生成而言，生产成本和效率影响更大。

现有的抛光装置存在抛光液规格较为单一、加工成本较高、加工精度较低和加工质量不稳定等缺点，这一定程度上限制了抛光装置的应用和生产效能。中国专利申请(公开号为CN101456164A)公开了一种流体喷射抛光工艺，通过伺服进给系统控制抛光流程，其工艺流程包括抛光流体制备、抛光和抛光流体回收三个过程，其磨料粒径在一定范围内，但磨料粒径不能实时作出调控，磨料不能在抛光现场生成；中国专利申请(公开号为CN109514394A)公开了一种方便更换磨料的水循环旋流光饰机，该装置可自动排出磨料、清洗工件，实现水循环，但磨料的更换一定程度上仍由人工完成，抛光后续流程需要停机才能完成，降低了抛光效率，适用于小批量、一般工件抛光，不适合大批量、流水线抛光。目前的抛光装置难以满足对抛光液规格进行快速调节的需求，难以实现连续性抛光工作。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种磨料制备装置、抛光系统及工作方法，利用多种原料进行磨料的现场制作，通过调节原料的添加速度和配比得到不同粒径的磨料，供应至抛光泵进行输出，并结合回收装置回流抛光液供应至抛光泵，在调整磨料粒径的同时保持抛光泵输出抛光液，满足连续性抛光的工作需求。

本发明的第一目的是提供一种磨料制备装置，采用以下方案：

包括生成箱、搅拌机构和多个投料机构，搅拌机构布置在生成箱内；投料机构包括依次连接的原料箱、原料泵和原料阀，原料阀输出端连通生成箱，原料阀、原料泵分别连接至控制器，控制器用于调节原料箱出料速度和不同原料箱出料配比，以调节生成箱内制备磨料的粒径。

进一步地，还包括水浴箱，生成箱安装在水浴箱内；控制器连接搅拌机构。

本发明的第二目的是提供一种抛光系统，采用以下方案：

包括依次连接的磨料制备装置、抛光工作台和回收装置，抛光工作台包括抛光泵、抛光仓和储液箱，磨料制备装置通过输送管路连接抛光泵入口，抛光泵出口朝向抛光仓内的抛光工位，抛光仓连通储液箱，回收装置入口端连通储液箱，回收装置出口端接入输送管路。

进一步地，所述抛光仓下部包括漏斗状的过滤通道，过滤通道内沿轴向依次设置有多层过滤网，过滤通道一端朝向抛光工位，另一端连通储液箱。

进一步地，所述储液箱通过储液阀和离心阀连接回收装置，储液阀和离心阀之间的管路通过离心液输送阀接入输送管路。

进一步地，所述回收装置包括离心机，离心机输入端连接抛光仓，离心机输出端连接输出管路，以将离心液输出至抛光泵。

进一步地，所述回收装置通过回流管路连接输送管路，输送管路通过生成液输送阀连接磨料制备装置。

进一步地，所述抛光泵连接有压力装置，以驱动抛光泵输出的磨料和/或抛光液通过出液口喷射至抛光工位。

进一步地，所述抛光仓内设有抛光盘、承载输送机构和抛光驱动机构，抛光驱动机构和承载输送机构连接于抛光仓的机架，抛光驱动机构输出端连接抛光盘，抛光盘与抛光输送机构之间形成抛光工位。

本发明的第三目的是提供一种如上所述的抛光系统的工作方法，包括以下步骤：

磨料制备装置通过输送管路向抛光泵输送带有磨料的抛光液，抛光泵将抛光液输出至抛光工位，对抛光工位上的工件进行抛光；

抛光仓收集抛光液、磨料和抛光产生的碎屑并输送至储液箱暂存；

回收装置获取储液箱内的混合液进行离心分离，并将离心后得到的抛光液输送至抛光泵进行喷射。

进一步地，所述抛光泵抽取回收装置输出的抛光液或磨料制备装置输出的带有磨料的抛光液。

进一步地，在抛光仓内布置滤网对抛光后产生的混合液进行过滤。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

(1)针对目前磨料制备装置调节抛光磨料粒径不便的问题，利用多种原料进行磨料的制作，通过调节原料的添加速度和配比得到不同粒径的磨料，供应至抛光泵进行输出，并结合回收装置回流抛光液供应至抛光泵，在调整磨料粒径的同时保持抛光泵输出抛光液，满足连续性抛光的工作需求。

(2)能够利用磨料制备装置在抛光工作中原位生成纳米二氧化硅/二氧化钛磨料，制备的磨料直接输送到抛光工作台，省去了抛光液的分散过程和人工调整，实现抛光液的稳定供应，同时不影响抛光和回收利用抛光液，省时省力。

(3)根据不同抛光需求实时自动调控生成纳米二氧化硅/二氧化钛各项原料的添加速度和配比，无需人工干预即可实现磨料粒径调控，进而实现不同的抛光精度和速度，无需停止抛光和回收抛光液工作，提高产能，从而满足多种生产需求。

(4)抛光液回收装置对抛光后产生的混合液进行分离，获取抛光液并供应至抛光泵，可在不影响抛光与磨料制备的情况下实现抛光液的回收使用，节约成本，提高经济效益，减少废液排放，绿色环保。

(5)控制台能够进行控制调节，对磨料制备装置进行调节实现生成磨料的粒径大小控制，对抛光泵和压力装置进行调节实现对抛光液输送量和输送速度的精确控制，对回收装置进行调节实现对混合液中抛光液分离的精确控制，经济高效，降低了人工劳动强度和劳动量。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例一个或多个实施例中磨料制备装置、抛光工作台和回收装置的示意图；

图2为本发明实施例一个或多个实施例中抛光系统的俯视示意图；

图3为本发明实施例一个或多个实施例中回收装置的局部放大示意图。

其中，1、抛光电机；2、机架；3、抛光盘；4、工件；5、过滤网；6、储液箱液位传感器；7、储液箱；8、储液阀；9、离心阀；10、离心机；11、搅拌机构；12、水浴加热装置；13、生成箱；14、第一原料阀，15、第二原料阀，16、第三原料阀；17、第一原料泵，18、第二原料泵，19、第三原料泵；20、第一原料液位传感器；21、第二原料液位传感器；22、第三原料液位传感器；23、第一原料箱；24、第二原料箱；25、第三原料箱；26、生成液输送阀；27、离心液输送阀；28、出液口；29、抛光泵；30、压力装置；31、胶体泵；32、动力机构；33、导轨电机；34、磨料制备装备；101、接近传感器。

具体实施方式

实施例1

本发明的一个典型实施例中，如图1-图3所示，给出一种磨料制备装置。

如图1所示磨料制备装置34，能够利用原料的水解缩合反应生成纳米二氧化硅磨料或纳米二氧化钛磨料，能够接入抛光系统从而现场制备并为抛光系统供应磨料，制备的磨料具有足够的硬度、良好的几何形状和良好的粒度组成，棱角锋利，能够满足抛光系统对磨料的需求。

如图1中的磨料制备装置34，主要包括生成箱13、搅拌机构11和多个投料机构，投料机构均包括原料箱、原料泵和原料阀，原料箱依次连接原料泵、原料阀后，使原料阀的出口朝向生成箱13，用于将输出的各类原料投放至生成箱13，搅拌机构11布置在生成箱13内，利用搅拌机构11对生成箱13内承载的各类原料进行搅拌，使其发生反应，从而制备磨料。

在本实施例中，如图1所示，磨料制备装置34设置有三个投料机构，对应三个原料箱，分别为第一原料箱23、第二原料箱24和第三原料箱25，对应三个原料泵，分别为第一原料泵17、第二原料泵18和第三原料泵19，对应三个原料阀，分别为第一原料阀16、第二原料阀15和第三原料阀14，投料机构对应连接后，能够将原料箱内的原料按照需求投放至生成箱13内。

在本实施例中，第一原料箱内存放正硅酸乙酯/正钛酸乙酯，并安装有第一原料液位传感器20；第二原料箱内存放碱液，比如氨水，并安装有第二原料液位传感器21；第三原料箱内存放无水乙醇，并安装有第三原料液位传感器22。三个原料液位传感器分别接入控制器，获取原料箱内原料的液位信息。

原料泵采用蠕动泵，原料阀采用电磁阀，原料泵从原料箱内抽取原料并通过原料阀输送至生成箱13，结合原料液位传感器测取的液位信息，通过控制器控制原料泵的运行功率、控制电磁阀的开度，从而控制投料机构输出原料的速度和配比，利用添加配比和添加速度，实现磨料粒径的调控。

还包括水浴加热装置12，水域加热装置可以采用水浴箱，生成箱13安装在水浴箱内；控制器连接搅拌机构11。添加的原料在生成箱13内反应制备，制备时搅拌机构11进行搅拌，水浴加热装置12使得生成箱13内的原料保持温度在一定范围内进行反应，反应后得到的磨料能够输送至抛光系统，如图2、图3所示。

在本实施例中，对磨料制备装置34的制备过程包括以下步骤：

(1)将无水乙醇与蒸馏水以20:1体积比例混合，以与无水乙醇25:1的体积比添加氨水调节混合液pH值为10.5-12，氨水中的NH₃含量为23-28wt％，搅拌并加热混合液，温度保持在30℃-70℃之间；

(2)向上述混合液中以与无水乙醇5:1的体积比例滴加正硅酸乙酯(TEOS)，滴加速度为五分之一体积单位每分钟；如以间歇性方式滴加，则将相应体积比例的正硅酸乙酯(TEOS)等分，以0.5h-1h为间隔添加，以使上一次滴加的正硅酸乙酯(TEOS)反应完全；

(3)待反应结束，即可获得二氧化硅磨料；同时通过调控生成纳米二氧化硅各项原料的添加速度和配比，实现磨料粒径调控。

原料配比的体积比例选用范围为：

无水乙醇：正硅酸乙酯＝100-500：6-50；

碱液浓度：0.2-0.5mol/L；

温度范围：30-70℃；

正硅酸乙酯滴加速度：0.02-0.6体积单位每分钟。

在乙醇溶剂中以碱催化TEOS发生水解与缩合反应，该方法工艺过程简单，操作方便、设备要求低，且得到的磨料粒径可控，具有一定结合强度。

同理，将正硅酸乙酯替换为正钛酸乙酯，以同样的步骤即可制备二氧化钛磨料，磨料粒径调控同样可以实现。

能够利用磨料制备装置34在抛光工作中原位生成纳米二氧化硅/二氧化钛磨料，制备的磨料直接输送到抛光工作台，省去了抛光液的分散过程和人工调整，实现抛光液的稳定供应，同时不影响抛光和回收利用抛光液，省时省力。

实施例2

本发明的另一典型实施例中，如图1-图3所示，给出一种抛光系统。

如图1所示的抛光系统，主要包括磨料制备装置34、抛光工作台和回收装置，利用如实施例1中所述的磨料制备装置34能够实现纳米磨料的原位生成，抛光工作台获取磨料和抛光液输出至工件4进行抛光，回收装置能够实现抛光液的循环利用，同时实现纳米磨料粒径可控。在工作过程中，抛光、回收、制备有续衔接，独立工作，可互不影响同时工作。

具体的，如图1，抛光工作台包括抛光泵29、抛光仓和储液箱7，磨料制备装置34通过输送管路连接抛光泵29入口，抛光泵29出口朝向抛光仓内的抛光工位，抛光仓连通储液箱7，回收装置入口端连通储液箱7，回收装置出口端接入输送管路，回收装置对使用过的抛光液进行固液分离并输送至抛光泵29进行循环使用。

抛光泵29连接有压力装置30，以驱动抛光泵29输出的磨料和/或抛光液通过出液口28喷射至抛光工位；抛光泵29可以采用胶体泵31，压力装置30采用动力机构32，比如气泵等，提供抛光液和磨料的输出动力；将抛光泵29、离心机10接入控制器，通过控制器维持设备运作。根据生产需要，可设置全自动模式、半自动模式、手动模式三种控制方式。

对于抛光工作台，抛光仓下部包括漏斗状的过滤通道，过滤通道内沿轴向依次设置有多层过滤网5，过滤通道一端朝向抛光工位，另一端连通储液箱7；储液箱7通过储液阀8和离心阀9连接回收装置，储液阀8和离心阀9之间的管路通过离心液输送阀27接入输送管路。

同时，抛光仓内设有抛光盘3、承载输送机构和抛光驱动机构，抛光驱动机构和承载输送机构连接于抛光仓的机架2，抛光驱动机构输出端连接抛光盘3，抛光盘3与抛光输送机构之间形成抛光工位。

在本实施例中，抛光驱动机构可以选用抛光电机1，其输出端连接抛光盘3以带动抛光盘3转动。同时，承载输送机构带动工件4移动，也可以采用抛光盘3相对于工件4进行移动的方案，通过导轨电机33带动抛光盘3沿机架2移动，改变抛光盘3作用位置，提高其覆盖面。

对于回收装置，其包括离心机10，离心机10输入端连接抛光仓，离心机10输出端连接输出管路，以将离心液输出至抛光泵29；回收装置通过回流管路连接输送管路，输送管路通过生成液输送阀26连接磨料制备装置34，

待抛光工件4传送到工作台，根据工作要求，压力装置30实时控制抛光液的喷洒速度和用量；抛光工作台的抛光仓下部为倾斜面，中间设有开口，呈漏斗状，倾斜面上根据抛光材料设置不同层数、不同网口大小的过滤网5过滤磨料废渣，多个过滤网5形成过滤网组，过滤的抛光液由储液箱7暂存。

储液箱7内设有储液箱液位传感器6，储液箱液位传感器6感应到抛光液储存量达到设定量后打开储液阀8，控制过滤后的抛光液流入离心机10内，离心机10对使用过的抛光液进行固液分离，分离后的抛光液输送到压力装置30内进行二次使用。

磨料制备装置34设有三个容器分别放置生成原料，添加到另一容器内实现磨料的原位生成；各个原料箱内装有液位传感器，控制各个原料箱对应的原料阀开启与闭合，从而保证磨料原料精确的添加配比和速度，并且能够及时补充原料。

同时，离心机10装配有驱动电机、接近传感器101、蜂鸣器等，接近传感器101检测废渣在离心机10内的积累量。当储液箱7的存储量低于离心机10容量最小限定值时，蜂鸣器报警，提醒管理人员清理废料。当需要获得不同粒径大小的磨料时，设定离心速度和时间便可得到需要的磨料粒径。

实施例3

本发明的再一实施例中，如图1-图3所示，提供一种抛光系统工作方法，利用实施例2中的抛光系统。

包括以下步骤：

磨料制备装置34通过输送管路向抛光泵29输送带有磨料的抛光液，抛光泵29将抛光液输出至抛光工位，对抛光工位上的工件4进行抛光；

抛光仓收集抛光液、磨料和抛光产生的碎屑并输送至储液箱7暂存；

回收装置获取储液箱7内的混合液进行离心分离，并将离心后得到的抛光液输送至抛光泵29进行喷射。

具体的，包括压力装置30实时控制抛光液的喷洒速度和用量，经出液口28以一定流速喷洒到抛光工件4上，抛光盘3由放置在机架2上的抛光电机1带动；使用过后的抛光液经过滤网5过滤后流入到储液箱7内，储液箱7内部有储液箱液位传感器6，当储存的抛光液达到限定位置(最大存储量设定为离心机10最大容量的80％)时，储液阀8、离心阀9打开，混合液进入到离心机10内，关闭储液阀8、离心阀9，离心机10离心完成后，离心阀9、离心液输送阀27打开，生成液输送阀26处于闭合状态，以防止生成箱13内的液体被抽取，胶体泵31工作，将离心后的抛光液经输送管抽送到压力装置30内，实现循环利用。

在本实施例中，对于离心机10由放置在圆筒转鼓中的一系列多孔同心环组成，控制离心时间，转鼓环绕着一个筒形轴以每分钟500-8000转的速度旋转，抛光液通过筒形轴进出，以径向顺流方式在转筒中流动而达到分离。在实施例1和2中，通过过滤网5预先处理，以减少离心机10的处理量，降低离心机10工作要求。

离心机10最大容量为15L，为保护设备、保证离心效果，在储液箱7中的液体量达到12L时，抛光液即可进行离心。磨料粒径在150nm左右时，离心机10转速设定在5000rpm即可获得较高的离心效果；同理，当需要获得不同粒径大小的磨料时，设定离心速度和时间便可得到需要的磨料粒径。

离心参数选择范围；

最高转速：8000r/min；

控速精度：±50r/min；

最小粒径：20nm；

最大容量：15000ml；

定时范围：1-60min；

温控范围：-20℃～40℃；

温控精度：±1℃。

离心机10的接近传感器101检测废渣在离心机10内的积累量，储液箱7的存储量通过储液箱液位传感器6进行相应检测。当储液箱7的存储量低于离心机10最大容量的50％时，蜂鸣器报警，提醒管理人员清理废料。

离心机10转头多用铝合金制的甩平式和角式两种，离心管有硬质玻璃、聚乙烯硬塑料和不锈钢管多种型号，可根据离心物质(固液分离、固固分离)所需，更换不同容量和不同型号转速的转头。

在其他实施方式中，离心机10、压力装置30均可以采用现有成熟设备，此处不做赘述。

在本实施例中，对常见的板件或管件不锈钢等金属制品抛光处理，快速打磨和抛光划痕、刮花、表面氧化膜、污迹和油漆等，适用于去毛刺、形成圆角装饰性等的金属加工制品，抛光过程中不会形成暗影、过渡地带和表面不均匀等；同时对常见的光学器件(如SiC、液晶显示器平板玻璃、光学窗口片、光学元件、光学镜片)、电子原件(如Si片、半导体化合物)等抛光要求较高的精密材料，通过适当调整装置和磨料制备方法，可实现精密抛光。

特别的，除一般大小的工件4外，本实施例中还能够通过带动工件4移动或使出液口28位置调节来对大型工件4的表面进行均匀抛光，可长时间的在较差工况中自动工作，保证了抛光质量和工作效率。

若抛光件为较大的板件不锈钢材料，尺寸长宽大小为1000mm*500mm。抛光过程中，工件4横向上的抛光由承载输送机构带动工件4的前进运动完成，纵向抛光则通过抛光电机1在机架2上的导轨运动完成，运动由另一台导轨电机33控制完成，提前设定导轨电机33的转速，并实时调控抛光电机1相对于机架2的移动速度，精确控制移动量，可使抛光面获得高精密度。

磨料的喷洒由出液口28完成，磨料以每分钟500米的速度和每单位面积的体积为5立方厘米/平方厘米·秒向工件4的将被抛光的表面射出和碰撞。

磨料喷射的速度由压力装置30提供和控制。出液口28和抛光电机1相固定，连接的输送管路具有一定的长度和伸缩性，以便满足抛光电机1的移动。

通过控制抛光电机1的运动和传送带输送速度，避免了调整大型工件4空间位置的时间浪费，具备对工件4抛光面全面均匀的抛光功能。

根据大型工件4的尺寸不同，磨料喷射可在每分钟500米至3500米的速度和每单位面积的体积为5至200立方厘米/平方厘米·秒向大型零件的将被抛光的表面射出和碰撞。

通过在控制台中设定工作参数，可使带有一定体量磨粒的磨料以一定的速度喷射至大型工件4的抛光面，进行抛光，回收装置能够对磨料进行回收，再次使用；增益效果同样能够实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磨料制备装置，其特征在于，包括生成箱、搅拌机构和多个投料机构，搅拌机构布置在生成箱内；投料机构包括依次连接的原料箱、原料泵和原料阀，原料阀输出端连通生成箱，原料阀、原料泵分别连接至控制器，控制器用于调节原料箱出料速度和不同原料箱出料配比，以调节生成箱内制备磨料的粒径。

2.如权利要求1所述的磨料制备装置，其特征在于，还包括水浴箱，生成箱安装在水浴箱内；控制器连接搅拌机构。

3.一种抛光系统，其特征在于，包括依次连接的磨料制备装置、抛光工作台和回收装置，抛光工作台包括抛光泵、抛光仓和储液箱，磨料制备装置通过输送管路连接抛光泵入口，抛光泵出口朝向抛光仓内的抛光工位，抛光仓连通储液箱，回收装置入口端连通储液箱，回收装置出口端接入输送管路。

4.如权利要求3所述的抛光系统，其特征在于，所述抛光仓下部包括漏斗状的过滤通道，过滤通道内沿轴向依次设置有多层过滤网，过滤通道一端朝向抛光工位，另一端连通储液箱。

5.如权利要求4所述的抛光系统，其特征在于，所述储液箱通过储液阀和离心阀连接回收装置，储液阀和离心阀之间的管路通过离心液输送阀接入输送管路。

6.如权利要求3所述的抛光系统，其特征在于，所述回收装置包括离心机，离心机输入端连接抛光仓，离心机输出端连接输出管路，以将离心液输出至抛光泵；所述回收装置通过回流管路连接输送管路，输送管路通过生成液输送阀连接磨料制备装置。

7.如权利要求3所述的抛光系统，其特征在于，所述抛光泵连接有压力装置，以驱动抛光泵输出的磨料和/或抛光液通过出液口喷射至抛光工位；

所述抛光仓内设有抛光盘、承载输送机构和抛光驱动机构，抛光驱动机构和承载输送机构连接于抛光仓的机架，抛光驱动机构输出端连接抛光盘，抛光盘与抛光输送机构之间形成抛光工位。

8.一种如权利要求3-7任一项所述的抛光系统的工作方法，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述抛光泵抽取回收装置输出的抛光液或磨料制备装置输出的带有磨料的抛光液。

10.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，在抛光仓内布置滤网对抛光后产生的混合液进行过滤。