CN115488751A - 抛光装置及抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种抛光设备和抛光方法。所述抛光设备例如包括：支架、抛光槽、第一传动组件、第一动力组件、第二动力组件、第二传动组件、升降组件、第三动力组件、第三传动组件、超声振动组件，超声振动组件的另一端用于连接待抛光工件；其中，抛光槽可在第一传动组件的驱动下相对于平台转动，待抛光工件可随超声振动组件和升降组件在第二传动组件的驱动下相对于抛光槽往复运动；待抛光工件可随超声振动组件在第三传动组件的驱动下相对于升降组件转动。本发明实施例可提升抛光效率和抛光均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及精密加工技术领域，尤其是涉及一种抛光装置和一种抛光 方法。
背景技术
随着我国制造业向高精尖、智能制造发展，对工件表面质量和性能要求 越来越高。抛光是提升工件表面质量的重要手段，是工件加工过程中最后 一道工序，其主要作用是去除工件表面由上一道工序所留下的加工痕迹和 表面损伤，从而降低工件表面的粗糙度，获得具有高光洁度和高精度的精 密工件。
精密工件被广泛运用于航空航天、医疗器械、高端制造和精密仪表元器 件中。但精密工件形状通常由多种复杂曲面包络形成，从而极大的加大了 实现精密工件表面抛光的难度，因此在发展和升级抛光技术的道路上有了 新的要求。目前实现工件表面精密抛光的技术有：化学机械抛光(CMP)、磁 流变抛光(MRF)、磨粒水射流抛光(AWJP)以及电化学抛光(ECP)等。CMP 利用化学腐蚀和机械冲刷联合作用实现工件平面的高质量和平坦化抛光，ECP利用电化学腐蚀原理使工件连接电源正极以实现工件表面突峰、毛刺 被溶解的抛光技术，CMP和ECP技术都利用了化学腐蚀原理实现了高效的 材料去除率，但被使用过后的抛光液中含有大量金属和非金属元素，以及 残存的化学腐蚀试剂需要大量的成本进行无害化处理。MRF通过控制外部 磁场的分布，控制抛光液中磁性磨料的移动、聚集和排列，从而实现磁性 磨料对工件表面的抛光，但经过长时间抛光后的磁性磨料会出现消磁的情 况，造成抛光效率和质量降低。AWJP是将含有磨料的水溶液通过增压后对 工件表面局部高压喷射，获得高光洁度表面，但射流抛光液的回收率较低， 会造成环境污染和资源浪费。
剪切增稠抛光(STP)技术是将抛光磨粒分散在抛光基液中，利用抛光基 液的非牛顿流体剪切增稠特性的柔性抛光方法。在剪切作用下，增稠的基 液包裹和承载着磨粒，使其流过工件表面时，会产生微切削作用，实现工 件表面的材料去除。剪切增稠抛光液的流动性使其能很好的贴合工件表面 进行抛光，解决了复杂曲面抛光的困难，但对狭窄区域面进行抛光时，增 稠流体容易堆积和堵塞在该区域，使得狭窄区域抛光失效。
发明内容
针对现有技术中的至少部分不足和缺陷，本发明实施例提供一种抛光 设备和方法，可提升抛光效率和抛光均匀性。
具体地，本发明实施例提供的一种抛光设备，例如包括：支架，包括 平台和立柱，所述平台包括相对设置的上侧面和下侧面，所述立柱包括相 对设置的第一侧面和第二侧面；所述立柱的一端立设在所述平台上的所述 上侧面上的一端；抛光槽，设置在所述平台的所述上侧面、且位于所述立 柱上邻近所述第一侧面的一侧；第一传动组件，设置在所述平台的所述下 侧面，所述第一传动组件连接所述抛光槽；第一动力组件，设置在所述立 柱的所述第二侧面上邻近所述平台的一端，所述第一动力组件连接所述第 一传动组件；第二动力组件，设置在所述立柱的所述第二侧面上；第二传 动组件，连接在所述第二动力组件且位于所述立柱邻近所述第二侧面的一 侧；升降组件，连接在所述第二传动组件；第三动力组件，设置在所述升 降组件上远离所述平台的一端；第三传动组件，连接所述第三动力组件； 超声振动组件，设置在所述升降组件上、且其一端连接所述第三传动组件， 所述超声振动组件的另一端用于连接待抛光工件；其中，所述抛光槽可在 所述第一传动组件的驱动下相对于所述平台转动，所述待抛光工件可随所 述超声振动组件和所述升降组件在所述第二传动组件的驱动下相对于所述 抛光槽往复运动；所述待抛光工件可随所述超声振动组件在所述第三传动 组件的驱动下相对于所述升降组件转动。
在本发明的一个实施例中，所述抛光槽用于放置抛光液，所述抛光液 包括去离子水、增稠颗粒、剪切增稠聚合物和抛光磨粒；其中，所述增稠 颗粒选自于气相二氧化硅和三氧化二铝中的至少一种；所述剪切增稠聚合 物选自聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种。
在本发明的一个实施例中，所述增稠颗粒的粒径范围为12～50纳米； 所述剪切增稠聚合物的聚合度范围为800～3000，粒径范围为100～200纳米。
在本发明的一个实施例中，所述立柱上远离所述平台的一端设置有开 口；所述升降组件包括：升降板，容置在所述开口内、且连接所述第二传 动组件；第一保持板，连接在所述升降板的一端，所述第一保持板上设置 有第一通孔；第二保持板，连接在所述升降板的相对的另一端，所述第一 保持板和所述第二保持板位于所述升降板远离所述第二动力组件的一侧； 所述第二保持板上设置有第二通孔；其中，所述超声振动组件的所述一端 通过所述第一通孔连接所述第三传动组件、且可在所述第三传动组件的驱 动下相对于所述第二保持板转动；所述超声振动组件的所述另一端通过所 述第二通孔连接在所述第二保持板上，所述超声振动组件的所述下端延伸 出所述第二通孔、且用于连接所述待抛光工件。
在本发明的一个实施例中，所述超声振动组件包括：传动盘，可拆卸 连接所述第三传动组件；传动法兰盘，与所述传动盘相对设置；所述传动 法兰盘上设置有第三通孔；支撑杆，其相对的两端分别连接在所述传动法 兰盘；超声换能器，连接在所述传动法兰盘上，所述超声换能器包括振动 输出端，所述振动输出端穿设于所述传动法兰盘的所述第三通孔内；轴肩， 位于所述传动法兰盘远离所述传动盘的一侧且抵靠在所述传动法兰盘上， 所述轴肩套设在所述振动输出端上；轴承，包括轴承内圈和轴承外圈，所 述轴肩连接在所述轴承内圈内，所述轴承外圈套设在所述轴承内圈之外、 且可相对于所述轴承内圈转动；所述轴承外圈嵌设在所述第二保持板的所 述第二通孔内，所述振动输出端延伸出所述轴承外圈和所述第二通孔，以 用于连接所述待抛光工件。
另一方面，本发明实施例提供的一种抛光方法，应用于前述任意一项 所述的抛光装置，所述抛光方法包括：将所述抛光液置入所述抛光槽内； 控制所述升降组件下移并带动待抛光工件没入所述抛光槽内的抛光液中； 控制所述抛光槽转动以使得所述抛光液出现剪切增稠现象，所述抛光槽的 转速范围为50～300rad/min；控制所述超声振动组件带动所述待抛光工件振 动，其中，所述超声振动组件的振动频率范围20～40kHz，振动幅值范围0.1～1mm；以及控制所述超声换能器带动所述待抛光工件转动，使得所述待 抛光工件的转速范围为10～100rad/min。
上述的一个或多个技术方案至少具有如下优点和有益效果：
(1)本发明提供的基于非牛顿流体剪切增稠的超声辅助高效精密抛光 设备和方法，通过将待抛光工件与超声振动组件相连来使得待抛光工件振 动，提高了待抛光工件表面与抛光液之间的相对速度和相对位移，极大的 提高了材料去除率，提升了抛光效率。
(2)本发明对复杂曲面工件施加超声振动，能有效疏通剪切增稠抛光 液在狭窄区域的堵塞淤积所带来的抛光不均匀问题，提高抛光效果的均匀 一致性。
(3)本发明能适用各种复杂曲面零件，既能对复杂凹曲面又能对复杂 凸曲面进行有效抛光。
(4)本发明实施例提供的抛光装置可靠性强，易于生产、操作和维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种抛光设备的立体结构示意图。
图2为图1所示的抛光设备的另一视角的结构示意图。
图3为图2所示的支架的结构示意图。
图4为图2所示的抛光设备的剖面结构示意图。
图5为图1所示的升降组件、第三动力组件、第三传动组件以及超声 振动组件和待抛光工件的连接关系的爆炸示意图。
图6为本发明实施例涉及的待抛光工件的结构示意图。
图7为待抛光工件的表面材料去除率随时间变化柱状示意图。
图8a和图8b分别为待抛光工件的表面抛光前、后的超景深显微形貌示 意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明护的范 围。
如图1所示，本发明第一实施例提供的一种抛光设备10。具体地，该 抛光设备10例如为一种非牛顿流体剪切增稠的超声辅助高效精密抛光设备。 抛光设备10例如包括：支架110、抛光槽120、第一传动组件130、第一动 力组件140、第二动力组件150、第二传动组件160、升降组件170、第三 动力组件180、第三传动组件190和超声振动组件200。
其中，支架110例如用于为抛光设备10的其它组成部件提供支撑和安 装位置。如图1和图2所示，支架110例如包括平台111和立柱112。所述 平台111例如包括相对设置的上侧面1111和下侧面1112。所述立柱112例 如包括相对设置的第一侧面1121和第二侧面1122；所述立柱112的一端立 设在所述平台111上的所述上侧面1111上的一端。也即，立柱112和平台 111连接形成了一个“L”形结构的支架110。
抛光槽120用于容置抛光液，以供对伸入抛光液中的待抛光工件进行 抛光。抛光槽120设置在所述平台111的所述上侧面1111上、且位于所述 立柱112上邻近所述第一侧面1121的一侧。抛光槽120例如为圆形槽。
第一传动组件130例如设置在所述平台111的所述下侧面1112。所述 第一传动组件130连接所述抛光槽120。第一传动组件130例如为皮带轮传 动组件、齿轮传动组件、链轮传动组件等，本发明实施例不以此为限。第 一动力组件140例如为电机、泵等可以提供动力的装置和设备。第一动力 组件140例如安装在所述立柱112的所述第二侧面1122上邻近所述平台111 的一端，比如为如图2中立柱112的下端。所述第一动力组件140连接所 述第一传动组件130。举例来说，第一动力组件140为步进电机，第一传动 组件130例如为齿轮传动组包括主动齿轮和从动齿轮，步进电机的输出轴 连接主动齿轮，以将动力通过齿轮传动组传递至抛光槽120，带动抛光槽 120转动。第二动力组件150例如为电机、泵等可以提供动力的装置和设备。 第二动力组件150例如固定设置在所述立柱112的所述第二侧面1122上。第二传动组件160例如为滚珠丝杆传动组件等。第二传动组件160连接在 所述第二动力组件150、且位于所述立柱112邻近所述第二侧面1122的一 侧。升降组件170连接在所述第二传动组件160。升降组件170可在第二动 力组件150和第二传动组件160的驱动下实现升降运动。
第三动力组件180例如为电机、泵等可以提供动力的装置和设备。第 三动力组件180例如设置在所述升降组件170上远离所述平台111的一端， 例如图2中示出的立柱112的上端。第三传动组件190连接所述第三动力 组件180。第三传动组件190例如为皮带轮传动组件、齿轮传动组件、链轮 传动组件等，本发明实施例不以此为限。
超声振动组件200例如为可以产生超声波振动的装置和设备。超声振 动组件200例如设置在所述升降组件170上，超声振动组件200的一端连 接所述第三传动组件190，所述超声振动组件200的另一端用于连接待抛光 工件300。
其中，所述抛光槽120可在所述第一传动组件130的驱动下相对于所 述平台111转动，所述待抛光工件300可随所述超声振动组件200和所述 升降组件170在所述第二传动组件160的驱动下相对于所述抛光槽120往 复运动；所述待抛光工件300可随所述超声振动组件200在所述第三传动 组件190的驱动下相对于所述升降组件170转动。
如此一来，本发明实施例提供的抛光装置10通过将待抛光工件300与 超声振动组件200相连来使得待抛光工件振动，极大地提高了材料去除率， 提升了抛光效率。
此外，本发明实施例涉及的抛光液例如为非牛顿流体，具体包括去离 子水、增稠颗粒、剪切增稠聚合物和抛光磨粒。其中，所述增稠颗粒选自 于气相二氧化硅和三氧化二铝中的至少一种；所述剪切增稠聚合物选自聚 乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种。所述抛光磨粒选自于二氧化硅、金刚石、 碳化硅中的一种。本发明实施例通过控制抛光槽可转动从而使得具有特定 成分的抛光液具有非牛顿流体剪切增稠特性，从而提升对待抛光工件的抛 光效果。进一步地，所述增稠颗粒的粒径范围为12～50纳米；所述剪切增 稠聚合物的聚合度范围为800～3000，粒径范围为100～200纳米。所述抛光 磨粒的粒径范围为1.5～5微米。
此外，如图3所示，所述立柱112上远离所述平台111的一端设置有 开口1123。如图4所示，所述升降组件170例如包括：升降板171、第一 保持板172、第二保持板173。具体地，升降板171容置在所述开口1123 内、且连接所述第二传动组件160。第一保持板172连接在所述升降板171 的一端，所述第一保持板172上设置有第一通孔1721。第二保持板173连 接在所述升降板171的相对的另一端，所述第一保持板172和所述第二保 持板173位于所述升降板171远离所述第二动力组件150的一侧；所述第 二保持板173上设置有第二通孔1731。第一保持板171和第二保持板172 与升降板171形成一个U形升降架。其中，所述超声振动组件200的所述 一端通过所述第一通孔1721连接所述第三传动组件190、且可在所述第三 传动组件190的驱动下相对于所述第二保持板173转动；所述超声振动组 件200的所述另一端通过所述第二通孔1731连接在所述第二保持板173上， 所述超声振动组件200的所述另一端延伸出所述第二通孔1731、且用于连 接所述待抛光工件300。举例来说，第二传动组件160例如包括双通滚动轴 承装置、升降滑块、丝杠以及单通滚动轴承装置等，以实现升降组件170 的升降。
进一步地，如图4和图5所示，所述超声振动组件200包括：传动盘 210、传动法兰盘220、支撑杆230、超声换能器240、轴肩250以及轴承 260。具体地，传动盘210可拆卸连接所述第三传动组件190，以用于传递 从第三传动组件190传递的动力到超声振动组件200上。传动盘210例如 为圆盘，圆盘上设置有连接孔或连接槽，以与所述第三传动组件190可拆卸连接。传动法兰盘220与所述传动盘210相对设置。传动法兰盘例如为 圆形法兰盘。所述传动法兰盘220的中部设置有第三通孔221。支撑杆230 例如为细长类零部件。支撑杆230的相对的两端例如通过螺纹、焊接等方 式分别连接所述传动盘210和所述传动法兰盘220。优选地，支撑杆230的 数量为多个，多个支撑杆230均匀连接在传动盘210和所述传动法兰盘220 之间。超声换能器240例如连接所述传动盘210和所述传动法兰盘220上。 超声换能器240例如是一种将电磁能转化为机械能(声能)的装置，通常由压 电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成。所述超声换能器240包括振动输出端241， 所述振动输出端241穿设于所述传动法兰盘220的所述第三通孔221内。 轴肩250位于所述传动法兰盘220远离所述传动盘210的一侧、且抵靠在 所述传动法兰盘220上，所述轴肩250套设在所述振动输出端241上。轴 承260例如包括轴承内圈260和轴承外圈260。轴承外圈套设在轴承内圈之 外、且可相对于所述轴承内圈转动。所述轴肩250连接在所述轴承260内 圈内，所述轴承260外圈嵌设在所述第二保持板173的所述第二通孔1731 内，所述振动输出端241延伸出所述轴承260外圈和所述第二通孔1731， 以用于连接所述待抛光工件300。此外，超声换能器240可例如通过刚性联 轴器连接待抛光工件300，实现待抛光工件300的高频振动。
另外，本发明实施例还提供了一种抛光方法。该方法可应用于本发明 实施例提供的抛光装置10。具体地，所述抛光方法包括：
S100：将所述抛光液置入所述抛光槽120内；
S200：控制所述升降组件170下移并带动待抛光工件300没入所述抛 光槽120内的抛光液中；
S300：控制所述抛光槽120转动以使得所述抛光液出现剪切增稠现象， 所述抛光槽120的转速范围为50～300rad/min；
S400：控制所述超声振动组件200带动所述待抛光工件300振动，其 中，所述超声振动组件200的振动频率范围20～40kHz，振动幅值范围 0.1～1mm；以及
S500：控制所述超声换能器240带动所述待抛光工件300转动，使得 所述待抛光工件300的转速范围为10～100rad/min。
本发明实施例通过采用上述抛光方法，可以明显提升工件的抛光效率 和效果。
此外，如图6所示，待抛光工件300例如为加工刀具。待抛光工件例 如包括工件本体310和设置在工件本体上的多个刀刃320。多个刀刃320之 间形成有凹槽330。此处的凹槽330可例如为狭小区域的凹坑。由于凹槽 330的存在，凹槽330内会形成淤积，使得待抛光工件300的抛光均匀性受 到影响。本发明实施例提供的抛光方法可适用于各种复杂曲面零件，既能 对复杂凹曲面又能对复杂凸曲面进行有效抛光。与普通剪切增稠抛光相比， 本发明实施例在剪切增稠的基础上，通过将待抛光工件300与超声换能器 240连接并进行高频超声振动，可有效疏通剪切增稠抛光液在狭窄区域的堵 塞淤积所带来的抛光不均匀问题，提高抛光效果的均匀一致性，其原理如 下：
在超声振动条件下，待抛光工件表面上一质点S的运动可以分解为：工件 圆周自转的线速度VS，剪切增稠抛光液流速Vw，待抛光工件以振幅A和振 动频率f的沿轴向的超声振动。建立参考坐标系xoy，x轴是工件自转时质 点S的一段弧形运动轨迹，y轴是沿铅锤竖直方向。
由此，在超声振动条件下待抛光工件表面质点S的x方向和y方向的运动 方程可以分别被表示为：x0＝(VS+VW)t和
整理合并得到 质点S的运动方程为：
根据表达式yA可以得知超声振动情况下质点S的轨迹为三角函数曲线。同时， 非超声振动的普通剪切增稠抛光方法的运动方程可以被表示为： yB＝(VS+VW)t。根据表达式yB，可以得知普通剪切增稠抛光情况下质点S的 轨迹为圆周函数曲线。
假设抛光时间为周期T，对yA方程进行线积分，由此得到了T时间内超声 振动条件下的抛光路线长度：
同时，对这两种情况下的质点S处的抛光速度进行了分析。用yA方程对时 间t进行求导，由此就得到了超声振动条件下，工件上质点S处的抛光速度：
而普通剪切增稠抛光的抛光速度为： VB＝(VS+VW)。根据上述分析，超声振动条件下的剪切增稠抛光速度要比 非超声条件下的普通剪切增稠抛光速度要大，即VA>VB。
基于以上分析可知，超声振动可以延长相同时间内的抛光路径，同时 可以提高抛光速度，从而对剪切增稠抛光具有明显的强化效果，即非牛顿 流体剪切增稠的超声辅助抛光，其抛光效果比常规剪切增稠抛光的抛光效 果有明显的增强。
本发明实施例下面将以一个具体实例来说明本发明实施例提供的抛光 方法，步骤具体包括：
1)配置抛光液，通过超声波分散仪将抛光液中的成分分散均匀，之后 将抛光液倒入抛光槽120内。本实施例中抛光液的组成成分包括：去离子 水、粒径30nm的气相二氧化硅、粒径100nm、聚合度为1000的聚乙二醇 (PEG1000)和粒径3.5um的金刚石磨粒。将质量百分比为50％的去离子水、 质量百分比为5％的气相二氧化硅、质量百分比为35％的聚乙二醇1000和 质量百分比为10％的金刚石磨粒搅拌混合，并通过超声波分散仪将抛光液 成分分散均匀，完成非牛顿流体剪切增稠抛光液的配置。
2)安装和准备待抛光工件。待抛光工件300例如为具有狭窄区域的硬 质合金刀片。通过控制升降组件170的高度，使得抛光液没过待抛光工件 300的待抛光区域。
3)通过控制器调节第一动力组件140以实现对抛光槽120的转速控制， 控制抛光槽120的转速为90rad/min，由于惯性作用抛光液跟随抛光槽120 运动，实现非牛顿流体抛光液对待抛光工件300的表面进行抛光。由于剪 切流动抛光液发生增稠，使得金刚石磨粒被PEG1000包裹，从而对待抛光 工件300的表面进行增强抛光。
4)启动超声振动组件200，其中超声换能器11的振动频率为20kHz， 振动幅值为0.5mm，与超声换能器11相连的待抛光工件300自转速度为 30rad/min。与超声换能器11相连接的待抛光工件300进行高频振动，将淤 积在狭窄区域的剪切增稠抛光液疏通，实现对狭窄区域表面的有效抛光。 待抛光工件300的材料属性和抛光参数分别由表1和表2所示。
表1待抛光工件材料属性
表2抛光参数
参见图7，其示出了利用本发明实施例提供的方法进行抛光得到的材料 去除率(MRR)与抛光时间的关系。非牛顿流体对工件表面进行抛光，由于初 始时待抛光工件表面相对粗糙，因此在抛光时间为15分钟时，抛光MRR 相对较大。随着待抛光工件表面逐步被抛光，工件表面的光洁度和平坦度 增加，MRR随着抛光的进行，相同时间段内的MRR逐渐减小，并且最后 趋于稳定。也即可以得知，工件表面抛光效果基本已达到预期效果。
参见图8a和图8b，其出示了采用本发明实施例提供的方法进行抛光得 到的抛光后表面(图8b)与抛光前表面(图8a)的显微形貌图。经过抛光 处理后的工件表面，麻点凹坑、加工刀痕都明显减少，工件表面光洁度明 显增加。因此，本发明能有效地对待抛光工件表面进行抛光处理。
此外，本发明能够实现对复杂曲面工件的精密抛光，特别是能实现对 狭窄区域的复杂曲面进行精密抛光，并且成本低、效率高，能适应各种复 杂曲面，实现复杂曲面抛光效果均匀一致。
本发明提供的方法和设备利用非牛顿流体剪切增稠特性将抛光磨料包 裹，对工件表面进行抛光，抛光液的流动性保证了工件表面的精密抛光， 尤其是复杂曲面。并结合超声振动原理来疏通淤积堵塞在工件狭窄区域的 抛光液，保证了抛光效果的均匀性。
综上所述，本发明提供的基于非牛顿流体剪切增稠的超声辅助高效精 密抛光设备和方法，通过将待抛光工件与超声振动组件相连来使得待抛光 工件振动，提高了待抛光工件表面与抛光液之间的相对速度和相对位移， 极大的提高了材料去除率，提升了抛光效率。本发明对复杂曲面工件施加 超声振动，能有效疏通剪切增稠抛光液在狭窄区域的堵塞淤积所带来的抛 光不均匀问题，提高抛光效果的均匀一致性。本发明能适用各种复杂曲面零件，既能对复杂凹曲面又能对复杂凸曲面进行有效抛光。本发明实施例 提供的抛光装置可靠性强，易于生产、操作和维护。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普 通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进 行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种抛光设备，其特征在于，包括：
支架，包括平台和立柱，所述平台包括相对设置的上侧面和下侧面，所述立柱包括相对设置的第一侧面和第二侧面；所述立柱的一端立设在所述平台上的所述上侧面上的一端；
抛光槽，设置在所述平台的所述上侧面、且位于所述立柱上邻近所述第一侧面的一侧；
第一传动组件，设置在所述平台的所述下侧面，所述第一传动组件连接所述抛光槽；
第一动力组件，设置在所述立柱的所述第二侧面上邻近所述平台的一端，所述第一动力组件连接所述第一传动组件；
第二动力组件，设置在所述立柱的所述第二侧面上；
第二传动组件，连接在所述第二动力组件且位于所述立柱邻近所述第二侧面的一侧；
升降组件，连接在所述第二传动组件；
第三动力组件，设置在所述升降组件上远离所述平台的一端；
第三传动组件，连接所述第三动力组件；
超声振动组件，设置在所述升降组件上、且其一端连接所述第三传动组件，所述超声振动组件的另一端用于连接待抛光工件；
其中，所述抛光槽可在所述第一传动组件的驱动下相对于所述平台转动，所述待抛光工件可随所述超声振动组件和所述升降组件在所述第二传动组件的驱动下相对于所述抛光槽往复运动；所述待抛光工件可随所述超声振动组件在所述第三传动组件的驱动下相对于所述升降组件转动。
2.根据权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述抛光槽用于放置抛光液，所述抛光液包括去离子水、增稠颗粒、剪切增稠聚合物和抛光磨粒；其中，所述增稠颗粒选自于气相二氧化硅和三氧化二铝中的至少一种；所述剪切增稠聚合物选自聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的抛光装置，其特征在于，所述增稠颗粒的粒径范围为12～50纳米；所述剪切增稠聚合物的聚合度范围为800～3000，粒径范围为100～200纳米。
4.根据权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述立柱上远离所述平台的一端设置有开口；所述升降组件包括：
升降板，容置在所述开口内、且连接所述第二传动组件；
第一保持板，连接在所述升降板的一端，所述第一保持板上设置有第一通孔；
第二保持板，连接在所述升降板的相对的另一端，所述第一保持板和所述第二保持板位于所述升降板远离所述第二动力组件的一侧；所述第二保持板上设置有第二通孔；
其中，所述超声振动组件的所述一端通过所述第一通孔连接所述第三传动组件、且可在所述第三传动组件的驱动下相对于所述第二保持板转动；所述超声振动组件的所述另一端通过所述第二通孔连接在所述第二保持板上，所述超声振动组件的所述下端延伸出所述第二通孔、且用于连接所述待抛光工件。
5.根据权利要求4所述的抛光装置，其特征在于，所述超声振动组件包括：
传动盘，可拆卸连接所述第三传动组件；
传动法兰盘，与所述传动盘相对设置；所述传动法兰盘上设置有第三通孔；
支撑杆，其相对的两端分别连接在所述传动法兰盘；
超声换能器，连接在所述传动法兰盘上，所述超声换能器包括振动输出端，所述振动输出端穿设于所述传动法兰盘的所述第三通孔内；
轴肩，位于所述传动法兰盘远离所述传动盘的一侧且抵靠在所述传动法兰盘上，所述轴肩套设在所述振动输出端上；
轴承，包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴肩连接在所述轴承内圈内，所述轴承外圈套设在所述轴承内圈之外、且可相对于所述轴承内圈转动；所述轴承外圈嵌设在所述第二保持板的所述第二通孔内，所述振动输出端延伸出所述轴承外圈和所述第二通孔，以用于连接所述待抛光工件。
6.一种抛光方法，应用于如权利要求1-5任意一项所述的抛光装置，其特征在于，所述抛光方法包括：
将所述抛光液置入所述抛光槽内；
控制所述升降组件下移并带动待抛光工件没入所述抛光槽内的抛光液中；
控制所述抛光槽转动以使得所述抛光液出现剪切增稠现象，所述抛光槽的转速范围为50～300rad/min；
控制所述超声振动组件带动所述待抛光工件振动，其中，所述超声振动组件的振动频率范围20～40kHz，振动幅值范围0.1～1mm；以及
控制所述超声换能器带动所述待抛光工件转动，使得所述待抛光工件的转速范围为10～100rad/min。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1611307A (zh) * | 2003-10-28 | 2005-05-04 | 赵显华 | 一种高效超声波加工设备 |
| JP2007021661A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Fdk Corp | 複雑形状体の鏡面研磨方法および鏡面研磨装置 |
| CN104191320A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-12-10 | 浙江工业大学 | 一种超声控制的剪切增稠抛光方法及其装置 |
| CN105364694A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-03-02 | 浙江工业大学 | 基于剪切增稠机理的工件表面光整去毛刺加工方法 |
| TW201708627A (zh) * | 2015-08-18 | 2017-03-01 | 昆山納諾新材料科技有限公司 | 基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法 |
| US20190329377A1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | Hsi-Chih KUO | Multi-axis polishing apparatus |
| CN111702566A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-25 | 大连理工大学 | 一种软脆光学材料的抛光方法 |
| CN111716158A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-29 | 大连理工大学 | 一种内表面的抛光方法及装置 |
| CN111716232A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-29 | 大连理工大学 | 一种微细结构的抛光方法及装置 |
| CN111716157A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-29 | 大连理工大学 | 一种复杂结构的抛光方法及装置 |
| US20210031328A1 (en) * | 2018-01-31 | 2021-02-04 | Hunan University Of Science & Technology | Efficient ultra-precise shear thickening and chemical synergy polishing method |
| CN215789037U (zh) * | 2021-09-28 | 2022-02-11 | 山东理工大学 | 一种振动辅助磁性剪切增稠抛光装置 |
| CN114798399A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-07-29 | 上海工程技术大学 | 一种超声换能器固定装置 |
-
2022
- 2022-09-29 CN CN202211200101.4A patent/CN115488751A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1611307A (zh) * | 2003-10-28 | 2005-05-04 | 赵显华 | 一种高效超声波加工设备 |
| JP2007021661A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Fdk Corp | 複雑形状体の鏡面研磨方法および鏡面研磨装置 |
| CN104191320A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-12-10 | 浙江工业大学 | 一种超声控制的剪切增稠抛光方法及其装置 |
| TW201708627A (zh) * | 2015-08-18 | 2017-03-01 | 昆山納諾新材料科技有限公司 | 基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法 |
| CN105364694A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-03-02 | 浙江工业大学 | 基于剪切增稠机理的工件表面光整去毛刺加工方法 |
| US20210031328A1 (en) * | 2018-01-31 | 2021-02-04 | Hunan University Of Science & Technology | Efficient ultra-precise shear thickening and chemical synergy polishing method |
| US20190329377A1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | Hsi-Chih KUO | Multi-axis polishing apparatus |
| CN111702566A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-25 | 大连理工大学 | 一种软脆光学材料的抛光方法 |
| CN111716232A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-29 | 大连理工大学 | 一种微细结构的抛光方法及装置 |
| CN111716157A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-29 | 大连理工大学 | 一种复杂结构的抛光方法及装置 |
| CN111716158A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-29 | 大连理工大学 | 一种内表面的抛光方法及装置 |
| CN215789037U (zh) * | 2021-09-28 | 2022-02-11 | 山东理工大学 | 一种振动辅助磁性剪切增稠抛光装置 |
| CN114798399A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-07-29 | 上海工程技术大学 | 一种超声换能器固定装置 |
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