CN115847303A - 抛光喷头 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种抛光喷头，用于抛光一工件的内表面。抛光喷头包括导流管，导流管包括长条形且中空的筒体以及设置于筒体一端部的筒底，筒体的另一端部为开口，导流管的中空部分形成流道。其中在筒体上靠近筒底位置设有多个喷孔，多个喷孔排成一列；喷孔的一端开口于筒底或筒体的内壁，另一端开口于筒底或筒体的外壁。由于导流管为长条形，故能伸入到工件内部，因此能对工件内表面进行抛光；同时本发明抛光喷头结构非常简单。

Description

抛光喷头

技术领域

本发明概括地说涉及超精密抛光加工技术领域，具体来说，涉及一种用于抛光工件内表面的抛光喷头。

背景技术

随着对零部件精度要求的逐步提高，近年来涌现出了多种抛光方法。但是大部分抛光方法仅能用于工件外表面的抛光，不适用于抛光工件内表面。小尺寸工件内表面的高精度、确定性抛光一直是个难点问题。

射流抛光方法最早是由Fahnle等人于1998年提出，其方法是利用相对较低压(一般低于20bar)的射流喷击工件表面，射流为含有磨粒的抛光液，该射流在单位时间内会形成一定的材料去除量，即所谓的材料去除函数，然后通过扫描整个工件实现对整个工件表面的抛光(Oliver W.Fahnel,Hedeser van Brug and Hans J.Frankena.“Fluid jetpolishing of optical surfaces”,Applied Optics,37(28),6671-6673,1998)。该方法不仅可以实现高精度的抛光，而且抛光过程中不存在刀具的磨损问题，加工过程中射流会实时冷却工件，使工件无温升。因此，射流抛光是一种具有广阔市场前景的加工方法。

然而，由于当前射流抛光方法常用的喷头结构的限制，仅能用于抛光工件的外表面无法用于抛光工件的内表面；现有的其他抛光工件内表面的方法，大都使用昂贵的设备、复杂的工艺，而且未能有效达到纳米级的粗糙度。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单且能抛光工件内表面的抛光喷头。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种抛光喷头，用于抛光一工件的内表面，包括导流管，导流管包括长条形且中空的筒体以及设置于所述筒体一端部的筒底，所述筒体的另一端部为开口，所述导流管的中空部分形成流道。其中在所述筒底上和/或所述筒体上靠近所述筒底位置设有多个喷孔，所述喷孔的一端开口于所述筒底或所述筒体的内壁，另一端开口于所述筒底或所述筒体的外壁，所述导流管的具有所述喷孔的一端部能伸入到所述工件内。

由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：本发明抛光喷头包括导流管，导流管内具有流道并具有与流道连通的多个喷孔，使用抛光液能对工件表面进行抛光。由于导流管为长条形，能伸入到工件内部，因此能对工件内表面进行抛光；同时本发明抛光喷头结构非常简单，抛光工艺也得以简化。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明抛光喷头第一实施方式的结构示意图；

图2是图1所示的抛光喷头的剖视图；

图3是图1所示的抛光喷头中的导流筒的立体图；

图4是图3所示的导流筒的主视图；

图5是图3所示的导流筒的剖视图；

图6是图1所示的抛光喷头中的底座的立体图；

图7是图6所示的底座的主视图；

图8是图6所示的底座的剖视图；

图9示出图1所示的抛光喷头的使用状态示意图；

图10a为本发明第一实施例抛光喷头仿真模型的主视图截面速度分布图；

图10b为本发明第一实施例抛光喷头仿真模型的左视图截面速度分布图；

图11a为本发明第一实施例抛光喷头仿真所得的内圆柱面上的材料去除深度结果；

图11b为本发明第一实施例抛光喷头仿真所得映射到平面上的材料去除深度结果。

图中：100、导流管；101、外螺纹；102、流道；103、环形槽；104、筒底；105、缺口；200、底座；201、喷孔；202、第一凸台；203、第二凸台；300、密封圈；400、导流管；401、外螺纹；403、流道；404、筒底；喷孔402；500、梯形孔；P、工件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

本发明抛光喷头用于抛光一工件的内表面，该内表面例如可以是工件的通孔或者凹腔表面。本发明抛光喷头特别适用于小尺寸工件内表面的抛光处理，也特别适用于具有较长的通孔或较深的凹腔表面的抛光处理，例如小弧度、高深度的光学透镜或光学模具等。

实施方式1

参见图1和图2，图1是本发明抛光喷头第一实施方式的结构示意图，图2是图1所示的抛光喷头的剖视图。如图1和图2所示，本发明抛光喷头第一实施方式包括导流管100和底座200。

参见图3、图4和图5，图3是图1所示的抛光喷头中的导流筒的立体图，图4是图3所示的导流筒的主视图，图5是图3所示的导流筒的剖视图。导流管100包括长条形且中空的筒体，在该第一实施方式中，筒体呈的横截面形状为矩形，即该筒体为中空的四棱柱形。在其他一些实施方式中，筒体的横截面可以呈圆形或者三角形、五边形等其他边数的多边形，也就是说，筒体可以是中空的圆柱形、圆锥形，等等。导流管100可直接使用硬质材料例如硬质不锈钢、硬质合金等材料制成。导流管100的长度可以根据待加工工件的尺寸进行调整。

筒体的一端部设有筒底104，筒底104可以与筒体一体成型或者是一独立结构经焊接等方式固定于筒体；筒体的另一端部为开口，并且在该筒体的具有开口的端部设有连接结构，例如外螺纹101等，以方便本发明抛光喷头连接于一外部管道(图未示)。在其他实施方式中，外螺纹101还可以由卡扣等其他连接结构代替。

导流管100的中空部分形成流道102，以供抛光液在其内流动，流道102的横截面形状可以是圆形或方形或其他形状。筒体上在靠近筒底104位置设有缺口105。

参见图6、图7和图8，图6是图1所示的抛光喷头中的底座200的立体图，图7是图6所示的底座200的主视图，图8是图6所示的底座200的剖视图。底座200覆盖缺口105，在底座200的4个角处通过4个螺栓将其可拆卸地安装在筒体上，在其他实施方式中，底座200也可以通过焊接等方式固定安装于筒体上。

进一步地，在筒体上围绕所述缺口105设有环形槽103，环形槽103内设有密封圈300。当然在其他实施方式中，环形槽103也可以设置于底座200上并围绕所述喷孔201。

底座200整体可以呈长方体状，底座200内表面(朝向流道的表面)设有向内凸出的第一凸台202，底座200外表面设有向外凸出的第二凸台203。底座200上设有喷孔201，喷孔201贯穿第一凸台202和第二凸台203，也就是说，喷孔201设置在底座200上的厚度相对较厚的部位，当然本发明不限于此，喷孔201并非必然设置于底座200上的厚度相对较厚的部位，底座200上也并非必然设置第一凸台202和第二凸台203这种加厚的结构。

在该第一实施方式中，多个喷孔201沿着导流管100的长度方向排列成一排，每个喷孔201的中心线可以垂直于导流管100的长度方向，相邻两个喷孔201之间的间距可以根据实际需要进行调整。在其他实施方式中，一列喷孔201也可以沿着圆周方向排列；或者多个喷孔201可以排列成多排，多排喷孔201可以沿着导流管100圆周方向均匀分布，也可以集中分布于导流管100的一侧面；每个喷孔201的中心线也可以与导流管100的中心线成一锐角而非垂直。

喷孔201在底座200外表面处的直径小于2毫米，例如为1mm或1.5mm等，但本发明不以此为限，喷孔201在底座200外表面处的直径在其他实施方式中也可以等于或大于2mm。

喷孔201的形状可以是直筒状例如圆筒状，也可以是锥筒形，此时，喷孔201在底座200外表面处的孔径大于在其内表面处的孔径。喷孔201的形状还可以是多种形状的组合，例如在喷孔201在第一凸台和底座200内的部分呈锥筒形，在第二凸台内的部分呈圆筒形。

在该第一实施方式中，底座200与导流管100是各自独立的结构经组装结合在一起，由于在长方体状的底座200上加工喷孔201非常容易，因此这种分体式结构有利于降低制造难度，从而降低制造成本。

参见图9，图9示出图1所示的抛光喷头的使用状态示意图，如图9所示，使用本发明抛光喷头时，将导流管100上的外螺纹101配合连接于一外管道(未示出)的内螺纹；将导流管100上具有喷孔201的一端伸入到工件P的梯形孔500内；抛光液S由外管道经导流管100的开口端进入导流管100的流道102，流经缺口105以及多个喷孔201喷射于工件P的梯形孔500内表面，实现内表面的抛光。

为了验证本发明抛光喷头的可行性，采用仿真的方法对该抛光喷头进行建模，仿真共采用4个直径0.5mm的喷孔，相邻两个喷孔间距为1mm,使用磨粒直径为3微米，质量浓度为5％的抛光液，抛光液压力为8bar，仿真所得的结果如图10a、图10b、图11a、图11b所示。

图10a、图130示出抛光过程中射流的速度分布结果，可见每一个射流的速度分布基本一致；图11a、图11b示出该条件下在目标圆柱面上产生的材料去除结果，该结果表明该抛光喷头可以形成接近于四个单一喷孔叠加形成的材料去除效果，并且可以将该结果作为单一的材料去除函数进行确定性抛光，从而证明了应用本发明抛光喷头进行确定性精密抛光的可行性。

使用本发明抛光喷头，至少能够得到以下技术效果中的一部分：

(1)摆脱传统抛光方法的束缚，不但可以利用射流抛光工件外表面，而且可以将抛光喷头伸入到工件内以抛光工件的内表面例如内侧面和/或底面；

(2)使用具有一列喷孔的抛光喷头，可以实现工件内表面的精密确定性抛光，不仅可以改善工件内表面粗糙度，而且可以提高工件内表面的面形精度；

(3)使用具有多列喷孔的抛光喷头，可以极大地提高抛光效率；

(4)抛光作业过程中不存在发热的问题，不会引发工件的热变形；

(5)不仅适用于平面、柱面的抛光，也适用于各种自由曲面的抛光，包括非球面和功能结构表面等自由曲面的抛光，应用范围广。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

Claims (10)

1.一种抛光喷头，用于抛光一工件的内表面，其特征在于，包括：

导流管，其包括长条形且中空的筒体以及设置于所述筒体一端部的筒底，所述筒体的另一端部为开口，所述导流管的中空部分形成流道，

其中在所述筒体上靠近所述筒底位置设有多个喷孔，多个所述喷孔排成一列；所述喷孔的一端开口于所述筒体的内壁，另一端开口于所述筒体的外壁，所述导流管具有所述喷孔的一端部能伸入到所述工件内。

2.根据权利要求1所述的抛光喷头，其特征在于，所述喷孔在所述筒体外壁处的直径小于2毫米。

3.根据权利要求1所述的抛光喷头，其特征在于，所述喷孔呈圆锥形，在所述筒体的内壁处的直径大于在所述筒体的外壁处的直径。

4.根据权利要求1所述的抛光喷头，其特征在于，所述喷孔在靠近所述筒体的内壁的部分呈圆锥形，在靠近所述筒体的外壁处的部分呈圆筒形。

5.根据权利要求1所述的抛光喷头，其特征在于，多个所述喷孔沿着所述导流管的长度方向排列。

6.根据权利要求1所述的抛光喷头，其特征在于，所述筒体具有所述开口的一端部设有连接结构。

7.根据权利要求1-6任一项所述的抛光喷头，其特征在于，所述筒体上在靠近所述筒底位置设有缺口，所述的抛光喷头还包括安装于所述筒体上并覆盖所述缺口的底座，所述喷孔设置在所述底座上。

8.根据权利要求7所述的抛光喷头，其特征在于，所述底座与所述筒体之间设有密封件。

9.根据权利要求7所述的抛光喷头，其特征在于，所述底座内表面设有向内凸出的第一凸台，所述底座外表面设有向外凸出的第二凸台，所述喷孔贯穿所述第一凸台和所述第二凸台。

10.根据权利要求9所述的抛光喷头，其特征在于，所述喷孔在所述第一凸台和所述底座内的部分呈锥筒形，在所述第二凸台内的部分呈圆筒形。

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