DE112007001276T5

DE112007001276T5 - Untergetauchtes Flüssigkeitsstrahlpolieren

Info

Publication number: DE112007001276T5
Application number: DE112007001276T
Authority: DE
Inventors: John H. Almonte Hunter; Ian J. Ottawa Miller; John Ottawa Nilson; Gregg Orleans Senechal
Original assignee: LightMachinery Inc
Current assignee: LightMachinery Inc
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2009-04-23
Also published as: US20080038991A1; US7749049B2; WO2007137397A1

Abstract

Flüssigkeitsstrahlpoliersystem, umfassend:
eine Kammer zum Umschließen einer Komponente während eines Polierens;
einen Halter zum Halten der Komponente in der Kammer während des Polierens;
eine Arbeitsflüssigkeit, die Schleifpartikel umfasst, die die Kammer über ein erwünschtes Niveau füllt;
eine Düse, die ein Ende aufweist, das unterhalb des erwünschten Niveaus angeordnet ist, um einen druckbeaufschlagten Strom von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente zu richten; und
ein Bewegungssystem, das eine relative Bewegung zwischen dem Halter und der Düse bereitstellt, die eine Materialabtragungsgeschwindigkeit von einer Oberfläche der Komponente bereitstellt;
wobei der Halter und das Ende der Düse in Arbeitsflüssigkeit untergetaucht sind, während der Strom der Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente gerichtet ist, wodurch Umgebungsluft nicht in die Arbeitsflüssigkeit eingebracht wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Flüssigkeitsstrahlpolieren, und insbesondere das Flüssigkeitsstrahlpolieren in einem untergetauchten System.
Hintergrund der Erfindung
Flüssigkeitsstrahlpolieren (FJP) ist ein Verfahren zum Konturieren und Polieren einer Oberfläche einer Komponente, indem ein Strahl eines Flüssigschlamms von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente gezielt wird und die Oberfläche abgetragen wird, um eine erwünschte Form zu erzeugen. Flüssigkeitsstrahlpolieren wurde in einiger Genauigkeit studiert, insbesondere von Silvia M. Booij, siehe ISBN 90-9017012-X, 2003.
Ein herkömmliches Flüssigkeitsstrahlpoliersystem 1, das in 1 und 2 veranschaulicht ist, umfasst das folgende: einen Teilehalter 2, welcher eine Komponente 3, die abgetragen werden soll, hält; ein abgeschlossenes Gebiet 4a mit einem Ablauf 4b; ein Volumen von Arbeitsflüssigkeit 5, zum Beispiel Wasser, Glycol, Öl oder andere geeignete Flüssigkeiten; eine Pumpe 6 zum Druckbeaufschlagen der Arbeitsflüssigkeit 5; und eine Rohrleitung 7 zum Zurückführen der Arbeitsflüssigkeit 5 zu einer Düse 8, welche die Arbeitsflüssigkeit 5 auf die Komponente 3 richtet. Ein Bewegungssystem 10, gewöhnlich computergesteuert, lenkt die Düse 8.
Das Profil der Wirkung eines stationären Flüssigkeitsstrahls auf die Oberfläche der Komponente 3 erzeugt ein Werkzeugmuster. Ein Computerprogramm wird dann verwendet, um die Ver weilzeit des Werkzeugmusters auf der Oberfläche der Komponente 3 zu optimieren, um die erwünschte fertige Oberflächenform zu erhalten. Typischerweise bleibt der Druck des Flüssigschlamms der Arbeitsflüssigkeit 5 konstant und die Geschwindigkeit (oder Verweilzeit) der Düse 8 wird verändert, um die erwünschte Materialmenge von verschiedenen Gebieten der Komponente 3 zu entfernen. Alternativ kann die Düse 8 fest bleiben und die Komponente 3 kann bewegt werden. Eine Temperatursteuerung kann hinzugefügt werden, um die Flüssigkeit bei einer konstanten Temperatur zu halten.
Eine der entscheidenden Herausforderungen mit FJP ist das Erzeugen eines gleichförmigen kontinuierlichen Stroms der Arbeitsflüssigkeit 5. Typischerweise enthält die Arbeitsflüssigkeit 5 kleine Schleifpartikel, die aus harten Materialien, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Diamant, und/oder Zirkoniumoxid hergestellt werden, in einer Trägerflüssigkeit, zum Beispiel Wasser oder eine ähnliche Flüssigkeit. Die kleinen Schleifpartikel weisen einen bestimmten negativen Auftrieb in der Arbeitsflüssigkeit auf, wodurch die Einwirkung der Schleifpartikel auf die Oberfläche der Komponente 3 von der Geschwindigkeit der Schleifpartikel und dem Auftrieb der Schleifpartikel in der Arbeitsflüssigkeit 5 abhängt. Allerdings können Luftblasen in dem Flüssigschlamm eine Inkonsistenz bei dem Polieren durch ein dramatisches Ändern des Auftriebs der Partikel verursachen, welches ein Beschädigen der Oberfläche der Komponente 3 durch die Partikel verursacht, und die Oberflächenrauigkeit der fertigen Oberfläche erhöht. Die Viskosität von Luft ist auch viel geringer als die der Trägerflüssigkeit, so dass die Bewegung der Schleifpartikel zu der Grenzfläche zwischen der Arbeitsflüssigkeit 5 und der Oberfläche der Komponente 3 schneller ist.
Wenn der Strahl von Arbeitsflüssigkeit 5 auf die Oberfläche der Komponente 3 trifft, ändert sich die Richtung des Flusses. Da die Arbeitsflüssigkeit 5 die Richtung ändert, ändern die darin dispergierten Partikel die Richtung und erfahren eine Kraft in Richtung der Oberfläche. Je höher der Dichteunterschied zwischen den Schleifpartikeln und der Arbeitsflüssigkeit 5 ist, desto höher wird die Kraft in Richtung der Oberfläche sein. Zentrifugalkräfte treiben die Teilchen in die Oberfläche und erzeugen das Werkzeugmuster. Der Zentrifugalkraft wird durch die Viskosität der Trägerflüssigkeit entgegengewirkt. Kleinere Schleifpartikel weisen ein größeres Verhältnis von Querschnittsfläche zu Masse auf, welches auch das Verhältnis von Zentrifugalkraft zu Reibungswiderstand verringert. Die Antwort der Materialien, die bis heute mit dem Flüssigkeitsstrahlverfahren gestestet wurden, deutet eine nicht lineare Antwort auf ein Erhöhen des Verhältnisses Zentrifugalkraft/Reibungswiderstand an. In einer newtonischen Flüssigkeit (Viskosität ist mit Scherung konstant, zum Beispiel Wasser) wird eine Schleifpartikeldichte von 7 g/cm³ oder mehr bevorzugt.
Partikelgröße beeinflusst nicht nur das Verhältnis Zentrifugalkraft/Reibungswiderstand, sondern beeinflusst auch die Materialabtragungsgeschwindigkeit. Größere Schleifpartikel erhöhen die Materialabtragungsgeschwindigkeit, aber erhöhen auch die Rauigkeit der fertigen Oberfläche.
Eine andere ähnliche Technologie, die in dem US-Patent Nr. 5,951,369 , erteilt am 14. September 1999 an Kordonski et al., offenbart ist, wird magnetorheologisches Finishing (MRF) genannt. Die Technologie verwendet einen flüssigen Flüssigschlamm, der auf ein Rad gerichtet wird, wo er durch magnetische Felder verfestigt wird. Der feste Flüssigschlamm wird dann durch das Rad in Kontakt mit der Komponente getragen, die feinbearbeitet werden soll. Nach einem Vorbeischleifen an der Komponente und einem Verursachen einer Abtragung wird der Flüssigschlamm in seinen flüssigen Zustand für ein Rezirkulieren zurückgebracht, indem er von dem magnetischen Feld entfernt wird. Der Vorteil von MRF ist, dass der verfestigte Flüssigschlamm eine schnelle Materialentfernung bereitstellt. Ein Nachteil ist, dass die Magnet- und Radtechnologie das Verfahren wesentlich komplexer und teuer machen als das Flüssigkeitsstrahlpolieren.
Eine Aufgabe der vorliegenden ist es, die Schwächen des Stands der Technik durch Bereitstellen eines relativ einfachen, aber hoch effektiven Flüssigkeitsstrahlpoliersystems zu überwinden, das viel glattere und viel genauer geformte Oberflächen als herkömmliche Poliersysteme bereitstellt.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeitsstrahlpoliersystem, das umfasst:
eine Kammer zum Umschließen einer Komponente während eines Polierens;
einen Halter zum Halten der Komponente in der Kammer während des Polierens;
eine Arbeitsflüssigkeit, die Schleifpartikel umfasst, die die Kammer über ein erwünschtes Niveau füllt;
eine Düse, die ein Ende aufweist, das unterhalb des erwünschten Niveaus angeordnet ist, um einen druckbeaufschlagten Strom von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponenten zu richten; und
ein Bewegungssystem, das eine relative Bewegung zwischen dem Halter und der Düse bereitstellt, die eine Materialabtragungsgeschwindigkeit von einer Oberfläche der Komponente bereitstellt;
wobei der Halter und das Ende der Düse in Arbeitsflüssigkeit untergetaucht sind, während der Strom von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente gerichtet ist, wodurch Umgebungsluft nicht in die Arbeitsflüssigkeit eingebracht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird genauer in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche bevorzugte Ausführungsformen dieser darstellen, wobei:
1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Flüssigkeitsstrahlpoliersystems ist;
2 eine Seitenansicht der Düse und der Komponente des Flüssigkeitsstrahlpoliersystems der 1 ist;
3 eine Seitenansicht des Flüssigkeitsstrahlpoliersys tems gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
4 eine Seitenansicht der Düse und der Komponente eines Flüssigkeitsstrahlpoliersystems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Genaue Beschreibung
Mit Bezug auf 3 und 4 umfasst ein erfindungsgemäßes Flüssigkeitsstrahlpoliersystem 11 einen Teilehalter 12, welcher eine Komponente 13 während des Abtragungsverfahrens innerhalb eines abgeschlossenen Gebiets einer Abtragungskammer 16 sicher hält. Der Teilehalter 12 kann innerhalb der Abtragungskammer 16 befestigt sein, drehbar relativ zu der Abtragungskammer 16, oder Teil einer bewegbaren Plattform bilden, wie nachfolgend erörtert wird. Ein Drehen des Teilehalters 12 vereinfacht das Herstellen von ringförmigen oder bogenförmigen Profilen. Eine Düse 17 richtet einen druckbeaufschlagten Flüssigkeitsstrahlstrom einer Arbeitsflüssigkeit 18 auf eine Oberfläche der Komponente 13. Die Arbeitsflüssigkeit 5 enthält eine Trägerflüssigkeit, zum Beispiel Wasser, Glycol, Öl oder andere geeignete Flüssigkeiten, und kleine Schleifpartikel, die aus härteren Materialien hergestellt sind, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Diamant und/oder Zirkoniumoxid. Verändern des Typs und der Größe der Schleifpartikel kann erfolgen, um die Oberflächenrauigkeit und/oder die Abtragungsgeschwindigkeit zu optimieren. Die Eigenschaften der Arbeitsflüssigkeit 18 inklusive Flüssigkeitsdichte, Viskosität, pH und rheologischer Eigenschaften können verändert werden, um die Oberflächenrauigkeit und die Abtragungsgeschwindigkeit zu optimieren, insbesondere wird es vorteilhaft sein, eine dilatante Flüssigkeit zu haben, um die Abtragungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Viskosität von dilatanten Flüssigkeiten erhöht sich mit höheren Scherkräften, im Vergleich zu normalen Flüssigkeiten, in welchen Viskosität unabhängig von Scherkräften ist. Demgemäß, wenn ein Flüssigkeitsstrahlstrom, der eine dilatante Flüssigkeit aufweist, auf die Komponente 13 trifft, erfährt die Arbeitsflüssigkeit 5 hohe Scherkräfte, und weist darum eine Erhöhung der Viskosität auf, insbesondere an einer Grenzfläche zwischen dem druckbeaufschlagten Strom von Arbeitsflüssigkeit 18 und der Oberfläche der Komponente 13. Schleifpartikel, die normalerweise eine sehr kleine Wirkung auf die Komponente 13 aufweisen, arbeiten viel besser, wenn ein dilatanter Zusatz, zum Beispiel Maisstärke oder Polyvinylalkohol, hinzugefügt wird. Polyvinylalkohol ist ein langes Kettenmolekül, das vernetzt werden kann, um größere Moleküle zu bilden, alle mit verschiedenen Graden von dilatanten Eigenschaften.
Einer der entscheidenden Parameter zum Auswählen guter Schleifmittel ist Dichte, weil sehr dichte Partikel sehr schnell aus der Arbeitsflüssigkeit 18 herauskommen oder sich an den Rand dieser bewegen, und aggressiver sind. Luft in der Arbeitsflüssigkeit 18 erhöht die Abtragungsgeschwindigkeit schnell, weil die Verringerung im Auftrieb und die Reduzierung der Viskosität, die von der Luft resultieren, verursachen, dass die Schleifpartikel die Oberfläche der Komponente 13 sehr hart treffen; hingegen Teilchen mit geringer Dichte (großer Auftrieb) kommen nicht einfach aus der Arbeitsflüssigkeit 18 heraus und haben keine große Wirkung auf die Komponente 13. Wenn Dispergiermittel hinzugefügt werden, um die Teilchen in Suspension zu halten, dann scheint der Abtragungsprozess vollständig aufzuhören. Demgemäß ist ein Auswählen von Schleifpartikeln mit hoher Dichte oder geringem Auftrieb in der Trägerflüssigkeit, zum Beispiel Wasser, wichtig zum Erzeugen einer relativ schnellen Abtragungsgeschwindigkeit. Zum Beispiel weist Zeroxid eine spezifische Dichte von 7,8 und Zirkoniumoxid eine spezifische Dichte von 5,8 auf; demgemäß werden Schleifpartikel mit einer spezifischen Dichte größer als 5 bevorzugt.
Das Halten der dichten Schleifpartikel in Suspension in der Arbeitsflüssigkeit 18 ist normalerweise schwierig und erfor dert ein Rühren oder die Verwendung eines Dispergiermittels zum Erhalten. Leider kann, wie vorab erwähnt, das Dispergiermittel selbst die Schleifpartikel daran hindern, sich an den Rand des Flusses zu bewegen und Arbeit zu verrichten. Allerdings scheint der dilatante Zusatz dieses Problem durch Verfestigen der Flüssigkeit und ziemlich festes Halten der Partikel in der Arbeitsflüssigkeit 18 und großes Erhöhen des Drucks auf die Komponente 13 zu lösen. Demgemäß ist ein Hinzufügen von sowohl eines dilatanten Zusatzes als auch eines Dispergiermittels zu der Arbeitsflüssigkeit 18 eine bevorzugte Kombination, welche das Erfordernis zu Rühren eliminiert, während sie gute Abtragungsgeschwindigkeiten für einen weiten Bereich von Partikeldichten bereitstellt. Das wasserhaltige Dispergiermittel kann ausgewählt werden aus der Gruppe, die enthält: Stearinsäure, Palmitinsäure, Myristinsäure, Laurinsäure, Kokosnussöl, Palmöl, Erdnussöl, Ethylenglycol, Propylenglycol, Glycerol, Polyethylenglycol-aliphatische-Polyether, Alkylsulfate und alkoxylierte Alkylphenole. Das Dispergiermittel kann auch ein wasserhaltiges Gemisch sein, das Fett und/oder Fettsäure enthält; ein Gemisch von Stearinsäure und einem pflanzlichen Öl; oder ein Material, das unter dem Handelszeichen EVERFLO^®, welches hauptsächlich Wasser, ungefähr 12½ Gew.-% Stearinsäure, ungefähr 12½ Gew.-% pflanzliches Öl und geringe Mengen von Methylparaben und Propylenglycol umfasst, verkauft wird. Andere Dispergiermittel können auch verwendet werden.
Mehrachsige (3, 4, 5 oder 6) Bewegungssysteme können verwendet werden, um eine große Auswahl von Komponentenformen zu bearbeiten. Eine mechanische Kopplung kann auch hinzugefügt werden, um den Werkzeugwinkel über sphärischen oder asphärischen Komponenten beizubehalten und dadurch den Bedarf für Mehrfachachsen-Bewegungssteuerungssysteme zu reduzieren.
Während eines Abtragens werden das Ende der Düse 17 und die Komponente 13 in der Arbeitsflüssigkeit untergetaucht, wodurch Umgebungsluft nicht in die geschlossene Schleife von Arbeitsflüssigkeitsflüssigschlamm eingebracht wird. Jegliche Luftblasen, die in dem System vorhanden sind, steigen einfach zu einem Lufteinschluss 15 an der Oberseite der Abtragungskammer 16 auf und werden nicht rezirkuliert, wodurch Oberflächen mit sehr glatter Oberflächenbeschaffenheit hergestellt werden. Der Lufteinschluss 15 kann kontinuierlich oder in Zeitintervallen belüftet werden. Ein Ablaufrohr 19 am Boden der Abtragungskammer 16 leert die Abtragungskammer 16 und leitet die Arbeitsflüssigkeit 18 mit abgetragenen Partikeln von der Komponente 13 zu einer Pumpe 21 weiter, welche die Arbeitsflüssigkeit 18 wieder druckbeaufschlagt. Leitungsrohre 22 werden verwendet, um die Arbeitsflüssigkeit 18 zu der Düse 17 zurückzuleiten.
Ein Bewegungssystem 23, welches gewöhnlicherweise computergesteuert ist, lenkt die Düse 17 in den x-y-Richtungen oder in jeglichen geeigneten Richtungen, zum Beispiel x-y-z-θ_z-θ_y-θ_x, über die Komponente 13 gemäß dem erwünschten Muster und der erwünschten Glätte auf der Oberfläche der Komponente 13. Alternativ lenkt das Bewegungssystem 23 in Systemen, in welchen die Düse 17 feststehend ist und der Teilehalter 12 bewegbar ist, die bewegbare Plattform des Teilehalters 12 wie gewünscht, um die benötigte Oberflächenform und Rauigkeit zu erhalten.
Eine Eigenschaftensteuereinheit 24, die einen Schalter 25 und Umgehungsrohre 26 und 27 umfasst, kann hinzugefügt werden, um eine oder mehrere der verschiedenen Eigenschaften der Arbeitsflüssigkeit 18, zum Beispiel Temperatur, Flüssigkeits dichte, Viskosität, pH und rheologische Eigenschaften, zu steuern. Wenn eine Temperatursteuerung benötigt wird, bestimmt ein Temperatursensor in dem Schalter 25 die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 18 und leitet die gesamte oder einen Teil der Arbeitsflüssigkeit 18 durch die Eigenschaftensteuereinheit 24 mittels des Umgehungsrohrs 26 um, wobei die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 18 unter Verwendung geeigneter Wärme- oder Kühlmittel höher oder niedriger eingestellt wird. Die thermisch veränderte Arbeitsflüssigkeit wird zu der Leitung 22 mittels des Rückführumgehungsrohrs 27 zurückgeführt. Die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 18 kann eingestellt werden, um die Abtragungsgeschwindigkeit der Komponentenpartikel und/oder die Oberflächenrauigkeit der Komponente 13 zu optimieren. Bei einem Partikelerwärmen oder -abkühlen kann die Spitze der Düse 17 die Eigenschaften des Arbeitsflüssigkeitsflüssigschlamms beeinflussen, wodurch die Abtragungsgeschwindigkeit erhöht oder verringert wird, d. h. ein Abkühlen der Arbeitsflüssigkeit 18 wird zu einem festeren Flüssigschlamm und einer erhöhten Abtragungsgeschwindigkeit führen. Die Eigenschaftensteuereinheit 24 kann alternativ oder auch Mittel zum Ändern des pHs der Arbeitsflüssigkeit 18 durch Hinzufügen von Materialien mit hohem oder niedrigen pH zu dieser umfassen, um die Abtragungsgeschwindigkeit des Komponentenmaterials und die Oberflächenrauigkeit des fertigen Produkts zu optimieren.
Vorzugsweise wird irgendein Mittel zum Rütteln oder Rühren der Arbeitsflüssigkeit 18 innerhalb der Eigenschaftensteuereinheit 24 bereitgestellt, um die Schleifpartikel in Suspension zu halten und um die Abtragungsgeschwindigkeit und Oberflächenrauigkeit zu optimieren. Das Flüssigkeitszirkulationssystem sollte mit so wenig horizontalen Flächen wie möglich ausgestaltet sein, um ein Absetzen der Schleifpartikel zu minimieren. Mischen durch den normalen Fluss der Arbeitsflüssigkeit 5 durch die Düse 17 und die Pumpe 21 können genügen, um das Schleifmittel ohne zusätzliche Mittel zum Rühren oder Rütteln in Suspension zu halten.
Das Profil der Wirkung eines stationären Flüssigkeitsstrahls auf die Oberfläche einer Komponente erzeugt ein Werkzeugmuster in der Form eines ringförmigen Rings, zum Beispiel einen Donut, für eine vertikale Düse oder in der Form einer Träne für eine schräge Düse. Ein Computerprogramm, das das Bewegungssystem 23 steuert, wird verwendet, um die Verweilzeit des Werkzeugmusters auf der Oberfläche der Komponente 13 zu optimieren, um die erwünschte fertige Oberflächenform und Rauigkeit zu erreichen. Typischerweise bleibt der Druck des Flüssigkeitsstrahls der Arbeitsflüssigkeit 18 konstant und die Geschwindigkeit (oder Verweilzeit) der Düse 17 wird verändert, um die erwünschte Menge von Material von verschiedenen Gebieten der Komponente 13 zu entfernen. Alternativ kann der Druck der Arbeitsflüssigkeit 18 geändert werden oder die Düse 17 kann fest bleiben und die Komponente 13 kann bewegt werden, zum Beispiel hin und her bewegt werden, unter Verwendung der bewegbaren Plattform, wie vorab erörtert. Der Druck der Arbeitsflüssigkeit 18 kann während des Abtragungsprozesses aktiv verändert werden, um verschiedene Abtragungsgeschwindigkeiten für verschiedene Bereiche der Oberfläche der Komponente 13 bereitzustellen.
Die Verweilzeit, die für ein Gitter von Punkten, das über die Oberfläche der optischen Komponente 13 verteilt ist, berechnet wird, kann in ein Geschwindigkeitsprofil unter Verwendung von v(x, y) = d/T (x, y) konvertiert werden, wobei v(x, y) die erwünschte Geschwindigkeit zwischen benachbarten Punkten ist und T(x, y) die berechnete Verweilzeit für den zweiten Punkt ist. Normalerweise wird das Werkzeug, zum Beispiel Düse 17, in einem Rastermuster bewegt, so dass die Konversion nur bei einer Achse angewandt wird.
Vorzugsweise wird die Düse 17 im Wesentlichen vertikal zum Schießen eines Flüssigschlamms von Arbeitsflüssigkeit 18 mit einer konstanten Geschwindigkeit auf die Oberfläche der Komponente 13 angeordnet, wobei sie in einem einfachen Gittermuster in der x- und y-Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Komponente 13 zurück und vor fährt, wobei die Verweilzeit über jeder Position auf dem Gitter die Menge von Material bestimmt, die entfernt wird. Die Koordinaten der Komponente 13 werden von dem Computersystem vorbestimmt oder bestimmt, wobei das Computersystem dann die Verweilzeit an jeder Gitterposition basierend auf den Anforderungen, d. h. den erwünschten Charakteristiken, zum Beispiel Dimension, Oberflächenrauigkeit des fertigen Produkts, bestimmen kann. Sensoren in der Abtragungskammer 16 und/oder auf dem Teilehalter 12 können verwendet werden, um die Eigenschaften der Komponente 13 zu messen, während die Komponente 13 bearbeitet wird, um einen geschlossenen Regelkreis zu erzeugen, wodurch die Geschwindigkeit und Genauigkeit dessen verbessert wird.
Um eine zusätzliche Einflussnahme auf den Abtragungsprozess bereitzustellen, kann die Ausflussöffnung der Düse 17 mit einer einstellbaren Öffnung versehen werden, oder mehrere Düsen 17, jede mit unterschiedlich bemessenen Öffnungen, können bereitgestellt werden. Um die Abtragungsgeschwindigkeit zu erhöhen, wird die Größe der Ausflussöffnung vergrößert oder eine Düse 17 mit einer größeren Ausflussöffnung wird verwendet. Um die Auflösung des Entfernens zu erhöhen, wird die Größe der Ausflussöffnung verringert oder eine Düse 17 mit einer kleineren Öffnung wird verwendet. Alternativ können die Form oder der Winkel der Düse 17 verändert oder modifiziert werden, um verschiedene Werkzeugprofile zu erzeugen, zum Beispiel Anordnen der Düse 17 mit einem spitzen Winkel von vertikal erzeugt ein tränenförmiges Profil. Mehrere Düsen 17 können auch zum Erhöhen der Geschwindigkeit der Teilchenentfernung bereitgestellt werden. Der Abstand der Düse 17 von der Komponente 13 kann zwischen Läufen oder aktiv während jedes Laufs eingestellt werden, um die Auflösung, die Abtragungsgeschwindigkeit von partikelförmigem Material und die Oberflächenrauigkeit der Komponente 13 zu optimieren. Masken können bereitgestellt werden, um zu verhindern, dass die Arbeitsflüssigkeit 18 bestimmte Gebiete der Komponente 13 kontaktiert, um dadurch tiefe Kanäle und konkave Gebiete zu erzeugen. Luft oder andere geeignete Gase zum Erniedrigen des Auftriebs können in die Arbeitsflüssigkeit 18 in Nähe der Düse 17 oder an einem anderen geeigneten Ort eingebracht werden, um die Abtragungsgeschwindigkeit zu erhöhen oder die Oberflächenrauigkeit des fertigen Produkts zu beeinflussen.
Mit Bezug auf 4 kann Material gleichzeitig von verschiedenen Seiten der Komponente 13 durch Verwenden von einer oder mehreren Düsen 17', die auf gegenüberliegende oder verschiedene Seite der Komponente 13 zur gleichen Zeit gerichtet sind, entfernt werden. Unabhängige Rezirkulierungssysteme können für jede der Düsen 17' verwendet werden, um ein unabhängiges Einstellen der Charakteristiken, zum Beispiel Temperatur, pH etc. der Arbeitsflüssigkeiten 18 zu ermöglichen. Alternativ kann ein einzelnes Rezirkulierungssystem für alle Düsen 17' verwendet werden.
Zusammenfassung
Flüssigkeitsstrahlpolieren (FJP) ist ein Verfahren zum Konturieren und Polieren einer Oberfläche einer Komponente, indem ein Strahl eines Flüssigschlamms von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente gezielt wird und die Oberfläche abgetragen wird, um eine erwünschte Form zu erzeugen. Während des Abtragens sind das Ende der Düse und die Komponente in der Arbeitsflüssigkeit untergetaucht, wodurch Luft nicht in die geschlossene Schleife von Arbeitsflüssigkeitsflüssigschlamm eingebracht wird. Jegliche Blasen, die in dem System vorhanden sind, steigen einfach in einen Lufteinschluss an der Oberseite der Abtragungskammer auf und werden nicht rezirkuliert, wodurch Oberflächen mit sehr glatten Oberflächenbeschaffenheiten hergestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5951369 [0008]

Claims

Flüssigkeitsstrahlpoliersystem, umfassend: eine Kammer zum Umschließen einer Komponente während eines Polierens; einen Halter zum Halten der Komponente in der Kammer während des Polierens; eine Arbeitsflüssigkeit, die Schleifpartikel umfasst, die die Kammer über ein erwünschtes Niveau füllt; eine Düse, die ein Ende aufweist, das unterhalb des erwünschten Niveaus angeordnet ist, um einen druckbeaufschlagten Strom von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente zu richten; und ein Bewegungssystem, das eine relative Bewegung zwischen dem Halter und der Düse bereitstellt, die eine Materialabtragungsgeschwindigkeit von einer Oberfläche der Komponente bereitstellt; wobei der Halter und das Ende der Düse in Arbeitsflüssigkeit untergetaucht sind, während der Strom der Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente gerichtet ist, wodurch Umgebungsluft nicht in die Arbeitsflüssigkeit eingebracht wird.
System nach Anspruch 1, des Weiteren ein Rezirkulierungssystem zum Rezirkulieren der Arbeitsflüssigkeit von der Kammer zurück zu der Düse umfassend.
System nach Anspruch 2, wobei das Rezirkulierungssystem eine Pumpe zum Wiederdruckbeaufschlagen der Arbeitsflüssigkeit; und Rohre zum Leiten der Arbeitsflüssigkeit zwischen der Kammer und der Pumpe, und zwischen der Pumpe und der Kammer umfasst.
System nach Anspruch 2, des Weiteren eine Temperatursteuereinheit zum Einstellen der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit während eines Rezirkulierens zum Steuern der Abtragungsgeschwindigkeit von partikelförmigem Material von der Komponente umfassend.
System nach Anspruch 4, wobei die Temperatursteuereinheit einen Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit; und ein Mittel zum Erwärmen/Abkühlen zum Einstellen der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Bewegungssystem computerbasierte Steuerungsmittel zum hin- und herbewegen der Düse vor und zurück über die Komponente umfasst, wodurch die Düse über verschiedenen Gebieten der Komponente basierend auf vorbestimmten erwünschten Charakteristiken verweilt.
System nach Anspruch 6, des Weiteren Sensoren zum Bestimmen von Charakteristiken der Komponente während eines Entfernens der partikelförmigen Materie zum Vergleichen von aktuellen Charakteristiken mit den vorbestimmten erwünschten Charakteristiken umfassend.
System nach Anspruch 1, wobei die Düse senkrecht zu der Komponente steht, um ein ringförmiges Profil der Entfernung von partikelförmigem Material bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei sich die Düse in einem spitzen Winkel zu einer Linie, die vertikal zu der Komponente ist, befindet, wobei ein tränenförmiges Profil der Entfernung von partikelförmiger Materie bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 1, des Weiteren ein Lufteinspritzmittel zum Hinzufügen von Luft in die Arbeitsflüssigkeit zum Erhöhen der Abtragungsgeschwindigkeit und Oberflächenrauigkeit der Komponente umfassend.
System nach Anspruch 1, des Weiteren Rührmittel zum Beeinflussen der Eigenschaften der Arbeitsflüssigkeit zum Halten der Schleifpartikel in der Arbeitsflüssigkeitssuspension umfassend, wodurch die Abtragungsgeschwindigkeit und Oberflächenrauigkeit optimiert werden.
System nach Anspruch 1, des Weiteren einen Lufteinschluss in der Kammer umfassend, wodurch Blasen, die in dem System vorhanden sind, zu dem Lufteinschluss aufsteigen und nicht rezirkuliert werden.
System nach Anspruch 1, des Weiteren Druckänderungsmittel zum Ändern der Abtragungsgeschwindigkeit und Oberflächenrauigkeit der Komponente umfassend.
System nach Anspruch 1, wobei die Düse eine einstellbare Öffnung zum Einstellen der Abtragungsgeschwindigkeit und der Auflösung der Entfernung aufweist.
System nach Anspruch 1, des Weiteren Höheneinstellmittel zum Einstellen einer Höhe der Düse über der Komponente umfassend, wodurch die Abtragungsgeschwindigkeit und Oberflächenrauigkeit der Komponente eingestellt wird.
System nach Anspruch 1, des Weiteren eine zusätzliche Düse und ein zusätzliches Bewegungssystem zum Richten eines druckbeaufschlagten Stroms von Arbeitsflüssigkeit auf eine andere Oberfläche der Komponente umfassend.
System nach Anspruch 2, des Weiteren eine pH-Steuereinrichtung zum Überwachen und Einstellen des pH der Arbeitsflüssigkeit während einer Rezirkulierung zum Steuern der Abtragungsgeschwindigkeit von partikelförmiger Materie von der Komponente umfassend.
System nach Anspruch 1, wobei die Schleifpartikel eine spezifische Dichte von größer als 5 aufweisen.
System nach Anspruch 1, wobei die Arbeitsflüssigkeit einen dilatanten Zusatz zum Erhöhen der Viskosität der Arbeitsflüssigkeit an einer Grenzfläche zwischen dem druckbeaufschlagten Strom von Arbeitsflüssigkeit und der Oberfläche der Komponente aufweist.
System nach Anspruch 19, wobei die Arbeitsflüssigkeit des Weiteren ein Dispergiermittel umfasst, um die Schleifpartikel in der Arbeitsflüssigkeit suspendiert zu halten.
Flüssigkeitsstrahlpoliersystem, umfassend: eine Kammer zum Umschließen einer Komponente während eines Polierens; einen Halter zum Halten der Komponente in der Kammer während des Polierens; Arbeitsflüssigkeit, die Schleifpartikel aufweist, die die Kammer über ein erwünschtes Niveau füllt; eine Düse, die ein Ende aufweist, das unter dem erwünschten Niveau angeordnet ist, um einen druckbeaufschlagten Strom von Arbeitsflüssigkeit auf die Komponente zu richten; und ein Bewegungssystem, das eine relative Bewegung zwischen dem Halter und der Düse bereitstellt, die eine Materialabtra gungsgeschwindigkeit von einer Oberfläche der Komponente bereitstellt; wobei die Arbeitsflüssigkeit einen dilatanten Zusatz zum Erhöhen der Viskosität der Arbeitsflüssigkeit an einer Grenzfläche zwischen dem druckbeaufschlagten Strom von Arbeitsflüssigkeit und der Oberfläche der Komponente, und ein Dispergiermittel, um die Schleifpartikel in der Arbeitsflüssigkeit suspendiert zu halten, aufweist.