CN204913486U - 基于介电泳效应的微小孔精密加工装置 - Google Patents

Abstract

一种基于介电泳效应的微小孔精密加工装置，包括激振器，激振器下安装有变幅振动杆，变幅振动杆端部为球形，压在作用压板上，作用压板下压着孔形冲击件，孔形冲击件置于孔形冲击件保持架孔内，孔形冲击件保持架由定位圆柱销定位，定位圆柱销安装在工作台上，孔形冲击件下方为被加工工件，工件安放在基准工作台板上，基准工作台板安装在液压活塞上，工作台上安装有密封壳，用于防止加工时研磨液飞溅、并收集研磨液，密封壳上有研磨液输入喷口和研磨液流回研磨液储缸口；孔形冲击件操持架上安装第一电极板，基准工作台板上安装第二电极板。发明能实现微小孔具有较高的加工精度、加工效率和加工一致性。

Description

基于介电泳效应的微小孔精密加工装置

技术领域

本发明涉及精密加工技术领域，尤其是基于介电泳效应的微小孔精密加工装置。

背景技术

随着微机电系统在航空航天、国防、电子工业等领域的广泛应用，系统部件逐步向精密化、微型化方向发展，对采用难加工材料如高温合金、钛合金、高强度高硬度耐热钢、陶瓷、硬质合金、金刚石、碳纤维复合材料板等系统部件上微小孔的精密加工也越来越困难。为解决难加工材料微小孔精密加工的技术难题，新的加工方法不断被探索。

微小孔的精密加工方法可分为三大类：机械加工、特种加工和复合加工。机械加工主要包括机械钻削加工、磨削加工、冲微孔加工和挤压珩磨加工。特种加工主要有电化学加工、电火花加工、激光加工、超声加工、电子束加工、离子束加工和高压水射流加工。复合加工是指将两种或两种以上微小孔加工方法进行复合，取长补短，从而形成新的加工工艺。

机械加工微小孔精度和效率受加工工具的形状和尺寸精度、机床精度影响；电子束加工、离子束加工微小孔，需要一整套专用设备和真空系统，价格昂贵；电火花加工方法，只能加工导电材料，不能加工非导电材料，加工成本高，电极制备困难；

实际微小孔精密加工，要从加工成本、加工材料、加工形状、精度要求、生产规模等方面进行综合考虑，最终选择合适的加工方法。

发明内容

为了克服现有的微小孔加工方式的无法同时兼顾高精度、高效率和高一致性的不足，本实用新型提供一种能实现高精度、高效率和高一致性的微小孔精密加工装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于介电泳效应的微小孔精密加工装置，包括激振器，所述激振器下安装有变幅振动杆，所述的变幅振动杆端部为球形，压在作用压板上，所述作用压板下压着孔形冲击件，所述孔形冲击件置于孔形冲击件保持架内，所述孔形冲击件保持架由定位圆柱销定位，所述定位圆柱销安装在工作台上，所述孔形冲击件下方为被加工工件，所述工件安放在基准工作台板上，所述基准工作台板安装在液压活塞上，所述液压活塞工作能力受控于液压油腔油压，所述液压油腔油压受控于液压力控制活塞和液压油腔油量，所述工作台上安装有密封壳，用于防止加工时研磨液飞溅、并收集研磨液，所述密封壳上有研磨液输入喷口和研磨液流回研磨液储缸口；

所述的孔形冲击件操持架上安装第一电极板，所述第一电极板与交流电源的第一引出端连接，所述的基准工作台板上安装第二电极板，所述第二电极板与所述交流电源的第二引出端连接；所述的交流电源的电流输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器连接；所述第一电极板与孔形冲击件保持架绝缘安装；所述第二电极板与所述基准工作台板绝缘安装。

进一步，所述加工装置还包括研磨液循环系统，所述研磨液循环系统包括研磨液存储缸，所述研磨液存储缸安装有研磨液输送泵，所述研磨液输送泵的出口分别与所述密封壳的研磨液输入口喷嘴连通，所述喷嘴正对所述工件加工工位处，所述密封壳底部有研磨液出口，所述研磨液出口与研磨液存储缸的回流口连通。

进一步，所述激振器与用于带动激振器上下升降的升降机构连接。

再进一步，工所述工作台与用于带动工作台前后方向和左右方向移动的驱动机构连接。

本实用新型的技术构思为：世界上的中性物质都具有等量的正电、负电，并且散布在物体内部各处，若是在这物质之外有正电极或负电极靠近(电场存在时)，依着同性相斥、异性相吸的原理，负电极靠近的时侯，物体内的正电会偏向被负电极靠近的表面，使得该物体在电场中也会有异性相吸、同性相斥的现象。传统电泳是指带电微粒在均匀电场中受到电场作用力。介电泳是指中性微粒在非均匀电场中极化，发生极化后的微粒因电场强度分布不同，使两端所受的电场力大小不同，因而朝向所受电场强度大的电极方向移动，所受电场作用力称为介电泳作用力。中性微粒在交流电场中会被极化而运动。整个介电泳系统因为交流电，电场方向会不断地改变，极化中的微粒也会因此不断改变自己内部电子的排列，电子在微粒中移动速度影响微粒的移动方向。在交流电场中，电极的极性不断地正负交替，微粒其内部的电子能快速地随着电极的极性而移动，因此，微粒仍朝着电场强度较高的方向移动。本发明利用这一思路对目前的研磨/抛光设备进行改装，从而获得更高效率、更低成本、避免浪费的设备。

本实用新型的有益效果主要表现在：1.有效减缓磨粒和研磨液受流速影响流出加工区，增加磨粒在加工区域内驻留时间和磨粒数、作用效果，提升加工效率、加工精度；2.可以在孔形冲击件保持架上加工出多个数量的孔来放置孔形冲击件，满足同时研磨出多个微小孔；3.通过恒定控制液压油腔内油压，使得加工时各个孔形冲击件作用在工件上的载荷保持相同，这样有效得到基本相同的孔形截面形貌；4.加工时，一定压力和流量研磨液连续进入工件加工工位处，孔形冲击件不断给研磨液内磨粒冲击能，加速磨粒冲击工件表面，使加工区的工件材料剥离工件，逐步形成光洁度甚高、尺寸精准的微小孔；5.通过调节变幅振动杆高度，可改变孔形冲击件进入微小孔的深度，从而能够加工出不同深度微小孔；6.改变孔形冲击孔外形，可以加工出圆形、三角形、四边形或其他形状微小孔。

附图说明

图1是基于介电泳效应的微小孔加工装置示意图

图2是加工后的工件的示意图。

图3是图2的剖视图。

图4a是中性微粒在电极中的初始状态(1’代表电极；2’代表中性微粒)。

图4b是中性微粒在非均匀电场中会发生极化的过程(1’代表电极；2’代表中性微粒；3’代表交流电源)。

图4c是极化后微粒内部电荷会随着电极极性变化向微粒表面移动后微粒会受非均匀电场的电场力(或称介电泳力)作用的运动图(1’代表电极；2’代表中性微粒；3’代表交流电源)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4c，一种基于介电泳效应的微小孔精密加工装置，包括激振器13，所述激振器13下安装有变幅振动杆12，所述的变幅振动杆12端部为球形，压在作用压板11上，所述作用压板11下压着孔形冲击件9，所述孔形冲击件9置于孔形冲击件保持架8内，所述孔形冲击件保持架8由定位圆柱销定位10，所述定位圆柱销10安装在工作台2上，所述孔形冲击件9下方为被加工工件6，所述工件6安放在基准工作台板5上，所述基准工作台板5安装在液压活塞4上，所述液压活塞4工作能力受控于液压油腔3油压，所述液压油腔3油压受控于液压力控制活塞15和液压油腔油量，所述工作台2上安装有密封壳8，用于防止加工时研磨液飞溅、并收集研磨液，所述密封壳8上有研磨液输入喷口和研磨液流回研磨液储缸口；

所述的孔形冲击件操持架8上安装第一电极板20，所述第一电极板20与交流电源22的第一引出端连接，所述的基准工作台板5上安装第二电极板21，所述第二电极板21与所述交流电源22的第二引出端连接；所述的交流电源22的电流输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器23连接；所述第一电极板20与孔形冲击件保持架8绝缘安装；所述第二电极板21与所述基准工作台板5绝缘安装。

进一步，所述加工装置还包括研磨液循环系统，所述研磨液循环系统包括研磨液存储缸19，所述研磨液存储缸19安装有研磨液输送泵18，所述研磨液输送泵18的出口A1分别与所述密封壳7的研磨液输入口喷嘴A2、A3连通，所述喷嘴A2、A3正对所述工件6加工工位处，所述密封壳7底部有研磨液出口B2，所述研磨液出口B2与研磨液存储缸的回流口B1连通。

进一步，所述激振器13与用于带动激振器上下升降的升降机构连接。

再进一步，所述工作台与用于带动工作台前后方向和左右方向移动的驱动机构连接；比如工作台2是可以通过工作台2上的调节手柄来实现前后方向和左右方向移动的。

所述激振器13工作时，与之相联的所述变幅振动杆12压在所述作用压板11上间接地对所述孔形冲击件保持架8孔内的所述孔形冲击件9施加载荷和振动。调节液压油腔3内油压使得所述工件6始终与所述孔形冲击件9保持恒定接触状态，从而实现工件9上微小孔精密加工。

所述液压油腔3内压力通过两方面调节，一方面通过油腔油量控制阀门17控制液压油储油腔16油进入液压油腔3油量，另一方面通过一个液压控制活塞15，控制活塞上套装有砝码14，通过增加或减少砝码14进行液压油腔压力调节。

所述研磨液中的磨料为以下一种或两种组合或两种以上组合：金刚石、碳化硅、氧化铝、碳化硼、二氧化硅、氧化铬或氧化锶。根据工艺需要，调整研磨液流速和粘度。

本实施例中，所述的交流电源22控制着所述的孔形冲击件保持架8和所述基准工作台板5间非均匀电场的电场强度，进而控制加工区域的介电泳力；所述调频调压控制器23控制所述交流电源22的电压与频率。

本实施例的工作原理：如图4a、图4b和图4c所示，交流电源同时给第一电极板和第二电极板加上电压；随着输入电压值和频率变化，两电极板间将形成一个非均匀电场；初始为中性状态的研磨液及磨粒在非均匀电场内发生极化，使得研磨液液滴和磨粒表面产生感应电荷。受非均匀电场的介电泳力(电场力)作用，极化后的研磨液液滴及磨粒向工件和定位板移动，使得极化的研磨液液滴及磨粒具有吸咐在工件表面趋势。

本实施例的工作过程如下：如图1所示，孔形冲击件保持架8和基准工作台板5上分别装有电极20、21并与交流电源22相连，调频、调压控制器23控制输入交流电源22的电压和频率；在交流电源下，孔形冲击件保持架8上第一电极20与基准工作台板5第二电极21之间产生非均匀电场；进入加工区域中的研磨液液滴和磨粒在非均匀电场内会发生极化并在其表面产生感应电荷；

非均匀电场对进入加工区域中极化后的研磨液液滴和磨粒产生介电泳力(电场力)，介电泳力(电场力)使得研磨液液滴和磨粒沿电场方向移向孔形冲击件保持架8和工件6表面，减缓研磨液受流速作用快速流出加工区，增加了进入加工区域参与工件材料去除的磨粒数量，提高工件加工效率。

将所述一个球状的孔形冲击件9(钢球)放在与其形状相同的孔形冲击件保持架8孔内，孔形冲击件9位于作用压板11与工件6(K9玻璃)之间，工件6(K9玻璃)固定在基准工作台板5上；打开研磨液输送泵18，输送泵输出研磨液流量约30L/Min，从密封壳7上的A2、A3喷嘴喷射入工件加工区；通过升降机构下移激振器13，使变幅振动杆12与作用压板11相接触，打开激振器13，激振器将振动能传递给变幅振动杆12，使其产生振动；变幅振动杆12经作用压板11将振动能传递给孔形冲击件9，孔形冲击件9将所获得的冲击能传递给研磨液中的磨粒，磨粒不断冲击工件表面，使得作用区域工件上的材料逐渐剥离工件，形成与孔形冲击件相似微小孔，由于单颗磨粒每次去除工件材料量微小，因而经过0.5h后获得微小孔如图2、3所示，微小孔具有较好的光洁度。

Claims (4)

1.一种基于介电泳效应的微小孔精密加工装置，其特征在于：该装置包括激振器，所述激振器下安装有变幅振动杆，所述的变幅振动杆端部为球形，压在作用压板上，所述作用压板下压着孔形冲击件，所述孔形冲击件置于孔形冲击件保持架内，所述孔形冲击件保持架由定位圆柱销定位，所述定位圆柱销安装在工作台上，所述孔形冲击件下方为被加工工件，所述工件安放在基准工作台板上，所述基准工作台板安装在液压活塞上，所述液压活塞工作能力受控于液压油腔油压，所述液压油腔油压受控于液压力控制活塞和液压油腔油量，所述液压油腔油压可以使加工时所述工件与所述孔形冲击件保持恒定接触状态，所述工作台上安装有密封壳，用于防止加工时研磨液飞溅、并收集研磨液，所述密封壳上有研磨液输入喷口和研磨液流回研磨液储缸口；

所述的孔形冲击件保持架上安装第一电极板，所述第一电极板与交流电源的第一引出端连接，所述的基准工作台板上安装第二电极板，所述第二电极板与所述交流电源的第二引出端连接；所述的交流电源的电流输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器连接；所述第一电极板与孔形冲击件保持架绝缘安装；所述第二电极板与所述基准工作台板绝缘安装。

2.如权利要求1所述的基于介电泳效应的微小孔精密加工装置，其特征在于：所述加工装置还包括研磨液循环系统，所述研磨液循环系统包括研磨液存储缸，所述研磨液存储缸安装有研磨液输送泵，所述研磨液输送泵的出口分别与所述密封壳的研磨液输入口喷嘴连通，所述喷嘴正对所述工件加工工位处，所述密封壳底部有研磨液出口，所述研磨液出口与研磨液存储缸的回流口连通。

3.如权利要求1或2所述的基于介电泳效应的微小孔精密加工装置，其特征在于：所述激振器与用于带动激振器上下升降的升降机构连接。

4.如权利要求1或2所述的基于介电泳效应的微小孔精密加工装置，其特征在于：所述工作台与用于带动工作台前后方向和左右方向移动的驱动机构连接。