本實(shí)用新型涉及面約束磨粒流光整加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，尤其涉及一種基于結(jié)構(gòu)空化效應(yīng)的高效流體光整加工裝置。

背景技術(shù)：

在電子信息、國(guó)防航空等領(lǐng)域，需要使用到一類大直徑平面工件，該類工件厚度較小，直徑較大，在使用過(guò)程中需要其具有較高的表面粗糙度及面形精度?，F(xiàn)有的加工該類工件的方法主要有兩種，分別為工具接觸式加工及磨粒流加工，其中工具接觸式加工通過(guò)工具施力與磨粒使之去除被加工表面的微隆起；由于難以避免磨粒及雜質(zhì)粒徑尺寸的不一致，因此，必然會(huì)導(dǎo)致磨粒受力不均，從而造成工件表面的亞表面損傷；而使用傳統(tǒng)磨粒流加工技術(shù)雖然可以有效避免工件表面的亞表面損傷及加工變質(zhì)，但是加工效率很低。

為了解決上述問(wèn)題，前期提出了一種基于氣泡潰滅驅(qū)動(dòng)磨粒在工件表面運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)研磨拋光的面約束流體光整加工技術(shù)，并結(jié)合超聲波設(shè)計(jì)了一系列的相關(guān)設(shè)備；借助氣泡潰滅所釋放的能量，磨粒流能夠以更高速、無(wú)序的方式加工工件，從而極大的提高加工效率。目前基于氣泡潰滅的磨粒流加工主要分為兩類：一類是氣流多向注入法，這類方法通過(guò)往加工工具內(nèi)注入氣泡，借助氣泡在流道內(nèi)隨機(jī)潰滅的方式達(dá)到高效率的加工，該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，但是可控性不強(qiáng)，不能有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)工件表面的光整加工；另一類方法主要是借助超聲波實(shí)現(xiàn)氣泡在工件表面針對(duì)性的潰滅，這類方法可以較好的控制流道內(nèi)磨粒流有針對(duì)性的加速，從而實(shí)現(xiàn)工件表面加工強(qiáng)弱的可控。但是，針對(duì)大直徑的工件表面加工，需要布置多個(gè)超聲波發(fā)生器，或周期性移動(dòng)超聲波發(fā)生器以實(shí)現(xiàn)工件加工均勻性，這使得加工設(shè)備過(guò)于復(fù)雜，成本較高。因此，研發(fā)一種能夠充分利用氣泡潰滅所釋放的能量，并且能以較低成本實(shí)現(xiàn)工件表面加工均勻性的設(shè)備，是一件非常有實(shí)際意義的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有氣泡潰滅驅(qū)動(dòng)磨粒式加工設(shè)備過(guò)于復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大直徑工件表面均勻性加工的難題的問(wèn)題，提供了一種低成本且加工更加均勻的基于結(jié)構(gòu)空化效應(yīng)的高效流體光整加工裝置。

本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種基于結(jié)構(gòu)空化效應(yīng)的高效流體光整加工裝置，包括工件加工池、工件安裝平臺(tái)、加工工具、運(yùn)動(dòng)模塊、磨粒流循環(huán)池、磨粒流過(guò)濾器、載流體存儲(chǔ)箱、氣泡發(fā)生器、載流體管路、磨粒流管路、入水口自吸泵、出水口自吸泵和磨粒流自吸泵，待加工工件安裝在工件安裝平臺(tái)上，所述工件安裝平臺(tái)固定在所述工件加工池上方；所述運(yùn)動(dòng)模塊安裝在所述工件加工池的上方，運(yùn)動(dòng)模塊連接所述加工工具并驅(qū)動(dòng)所述加工工具的周期性自轉(zhuǎn)以及沿待加工工件表面進(jìn)行沿x軸和y軸的平移運(yùn)動(dòng)；所述加工工具包括上封蓋和工具本體，所述工具本體的下表面與待加工工件之間形成微距間隙，所述上封蓋與工具本體固定連接，上封蓋上設(shè)置有多個(gè)載流體入口，所述工具本體為圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，工具本體的周向開(kāi)設(shè)有多個(gè)磨粒流入口，所述工具本體內(nèi)設(shè)置有文丘里管結(jié)構(gòu)，所述文丘里管結(jié)構(gòu)為設(shè)置在工具本體內(nèi)并沿工具本體的周向方向均布的多個(gè)文丘里管空化單元，每個(gè)文丘里管空化單元均包括入水槽、出水槽和多個(gè)節(jié)流孔，所述入水槽設(shè)置在所述工具本體的上表面，所述入水槽與上封蓋上的載流體入口連通，所述入水槽從內(nèi)向外呈弧線形布置，所述出水槽與所述入水槽一一對(duì)應(yīng)，出水槽的槽寬小于所述入水槽的槽寬，所述出水槽沿著與入水槽相同的方向呈弧線形布置，出水槽與入水槽之間通過(guò)設(shè)置在入水槽底部的多個(gè)節(jié)流孔連通；所述磨粒流加工池安裝在磨粒流循環(huán)池的正上方，所述工件加工池底部設(shè)置有磨粒流回流孔，磨粒流加工完成后經(jīng)磨粒流回流孔流入磨粒流循環(huán)池內(nèi)；所述磨粒流循環(huán)池連接磨粒流管路的一端，磨粒流管路的另一端連接磨粒流入口，所述磨粒流管路上設(shè)置有用于將磨粒流循環(huán)池內(nèi)的液固二相磨粒流注入所述磨粒流入口中的磨粒流自吸泵；所述磨粒流循環(huán)池通過(guò)載流體管路依次連接磨粒流過(guò)濾器、入水口自吸泵、載流體存儲(chǔ)箱、出水口自吸泵和加工工具的載流體入口，所述載流體存儲(chǔ)箱連接用于向所述載流體存儲(chǔ)箱內(nèi)通入氣體的氣泡發(fā)生器。

進(jìn)一步的，所述節(jié)流孔的長(zhǎng)度和孔徑之間的比值在3-4之間。

進(jìn)一步的，所述磨粒流自吸泵與磨粒流循環(huán)池之間的磨粒流管路上設(shè)置有第一溫度計(jì)、第一流量計(jì)和第一流量控制閥，每個(gè)磨粒流入口和載流體入口均連接壓力表，所述出水口自吸泵與所述加工工具之間的載流體管路上設(shè)置有第二溫度計(jì)、第二流量計(jì)和第二流量控制閥，所述入水口自吸泵和所述磨粒流過(guò)濾器之間的載流體管路上設(shè)置有第三流量控制閥。

進(jìn)一步的，所述載流體入口、磨粒流入口、文丘里管空化單元的最優(yōu)數(shù)量為三個(gè)。

進(jìn)一步的，所述節(jié)流孔均布在所述入水槽的底部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：

1)本實(shí)用新型利用文丘里管結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加工工具和待加工工件之間的微距間隙內(nèi)氣泡的生長(zhǎng)和潰滅，從而實(shí)現(xiàn)磨粒的無(wú)序、高速湍流流動(dòng)，相比于借助于超聲波的加工設(shè)備，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)更加的簡(jiǎn)單，成本更加的低廉；相比于普通的氣泡自由潰滅式加工設(shè)備，本實(shí)用新型的可控性更好，氣泡潰滅驅(qū)動(dòng)效果更佳明顯。

2)本實(shí)用新型通過(guò)控制氣泡發(fā)生器主動(dòng)注入氣泡的速度來(lái)調(diào)節(jié)空化潰滅的強(qiáng)度，控制方便簡(jiǎn)單，可以針對(duì)不同的加工材料指定相適應(yīng)的空化加工工藝，防止有些軟性材料由于空化效應(yīng)過(guò)于強(qiáng)烈而導(dǎo)致工件表面的疲勞破壞，提高本方法和本裝置的適應(yīng)性。

3)本實(shí)用新型所采用的文丘里管空化單元沿著加工工具由內(nèi)向外呈弧形布置，配合運(yùn)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)加工工件做周期性自轉(zhuǎn)以及縱橫向的平移運(yùn)動(dòng)，可以有效保證大直徑工件表面空化效應(yīng)的均勻性，從而達(dá)到更好的面型精度。

4)本實(shí)用新型利用磨粒流循環(huán)池形成液固二流磨粒流的循環(huán)管路，加工完成后的液固二相磨粒流回到磨粒流循環(huán)池內(nèi)并進(jìn)行再次循環(huán)利用，有效降低了加工過(guò)程中液固二相磨粒流的消耗，降低了生產(chǎn)成本。

5)本實(shí)用新型在加工工具每一個(gè)磨粒流入口和載流體入口處均安裝有一個(gè)壓力表，用于測(cè)定磨粒流入口和載流體入口的壓力，便于隨時(shí)進(jìn)行加工過(guò)程中的觀察和記錄，保證了加工的順利進(jìn)行。

6)本實(shí)用新型在磨粒流管路和載流體管路上均設(shè)置有溫度計(jì)和流量計(jì)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控磨粒流管路上的溫度和流量，避免加工過(guò)程中出現(xiàn)流量和溫度的異常，保證了加工能夠順利的進(jìn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種基于結(jié)構(gòu)空化效應(yīng)的高效流體光整加工的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型加工裝置的剖視圖。

圖3是本實(shí)用新型加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型工具本體的主視圖。

圖5是本實(shí)用新型工具本體的后視圖。

圖中，1-載流體管路、2-第二流量控制閥、3-第二流量計(jì)、4-第二溫度計(jì)、5-第一壓力表、6-第二壓力表、7-第三壓力表、8-加工工具、9-待加工工件、10-運(yùn)動(dòng)模塊、11-工件安裝平臺(tái)、12-工件加工池、13-第一溫度計(jì)、14-第一流量計(jì)、15-磨粒流管路、16-磨粒流自吸泵、17-第一流量控制閥、18-磨粒流循環(huán)池、19-第四壓力表、20-第五壓力表、21-第六壓力表、22-磨粒流過(guò)濾器、23-第三流量控制閥、24-入水口自吸泵、25-載流體存儲(chǔ)箱、26-出水口自吸泵、27-氣泡發(fā)生器、82-上封蓋、821-載流體入口、83-工具本體、831-磨粒流入口、832-入水槽、833-節(jié)流孔、834-出水槽、835-文丘里管空化單元。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)例并參照附圖1～5對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實(shí)用新型的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要的混淆本實(shí)用新型的概念。

本實(shí)用新型所述的一種基于結(jié)構(gòu)空化效應(yīng)的高效流體光整加工裝置，包括工件加工池12、工件安裝平臺(tái)11、加工工具8、運(yùn)動(dòng)模塊10、磨粒流循環(huán)池18、磨粒流過(guò)濾器22、載流體存儲(chǔ)箱25、氣泡發(fā)生器27、載流體管路1、磨粒流管路15、入水口自吸泵24、出水口自吸泵26和磨粒流自吸泵16，待加工工件9安裝在工件安裝平臺(tái)11上，所述工件安裝平臺(tái)11固定在所述工件加工池12上方；所述運(yùn)動(dòng)模塊10安裝在所述工件加工池12的上方，運(yùn)動(dòng)模塊10連接所述加工工具8并驅(qū)動(dòng)所述加工工具8的周期性自轉(zhuǎn)以及沿待加工工件9表面進(jìn)行沿x軸和y軸的平移運(yùn)動(dòng)；所述加工工具8包括上封蓋82和工具本體83，所述工具本體83的下表面與待加工工件9之間形成微距間隙，所述上封蓋82與工具本體83固定連接，上封蓋82上設(shè)置有多個(gè)載流體入口821，所述工具本體83為圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，工具本體83的周向開(kāi)設(shè)有多個(gè)磨粒流入口831，所述工具本體內(nèi)設(shè)置有文丘里管結(jié)構(gòu)，所述文丘里管結(jié)構(gòu)為設(shè)置在工具本體83內(nèi)并沿工具本體的周向方向均布的多個(gè)文丘里管空化單元835，每個(gè)文丘里管空化單元835均包括入水槽832、出水槽834和多個(gè)節(jié)流孔833，所述入水槽832設(shè)置在所述工具本體83的上表面，所述入水槽832與上封蓋82上的載流體入口821連通，所述入水槽832從內(nèi)向外呈弧線形布置，所述出水槽834與所述入水槽832一一對(duì)應(yīng)，出水槽834的槽寬小于所述入水槽832的槽寬，所述出水槽834沿著與入水槽832相同的方向呈弧線形布置，出水槽834與入水槽832之間通過(guò)設(shè)置在入水槽832底部的多個(gè)節(jié)流孔833連通；所述磨粒流加工池安裝在磨粒流循環(huán)池18的正上方，所述工件加工池12底部設(shè)置有磨粒流回流孔，磨粒流加工完成后經(jīng)磨粒流回流孔流入磨粒流循環(huán)池18內(nèi)；所述磨粒流循環(huán)池18連接磨粒流管路15的一端，磨粒流管路15的另一端連接磨粒流入口831，所述磨粒流管路15上設(shè)置有用于將磨粒流循環(huán)池18內(nèi)的液固二相磨粒流注入所述磨粒流入口831中的磨粒流自吸泵16；所述磨粒流循環(huán)池18通過(guò)載流體管路1依次連接磨粒流過(guò)濾器22、入水口自吸泵24、載流體存儲(chǔ)箱25、出水口自吸泵26和加工工具8的載流體入口821，所述載流體存儲(chǔ)箱25連接用于向所述載流體存儲(chǔ)箱25內(nèi)通入氣體的氣泡發(fā)生器27。

作為本實(shí)用新型的最優(yōu)選擇，所述節(jié)流孔833的長(zhǎng)度和孔徑之間的比值在3-4之間，且所述節(jié)流孔833均布在所述入水槽832的底部。

所述磨粒流自吸泵16與磨粒流循環(huán)池18之間的磨粒流管路15上設(shè)置有第一溫度計(jì)13、第一流量計(jì)14和第一流量控制閥17，每個(gè)磨粒流入口831和載流體入口821均連接壓力表，所述出水口自吸泵26與所述加工工具8之間的載流體管路1上設(shè)置有第二溫度計(jì)4、第二流量計(jì)3和第二流量控制閥2，所述入水口自吸泵24和所述磨粒流過(guò)濾器之間的載流體管路上設(shè)置有第三流量控制閥23。

作為本實(shí)用新型的最優(yōu)選擇，所述載流體入口821、磨粒流入口831、文丘里管空化單元835的最優(yōu)數(shù)量為三個(gè)。與之對(duì)應(yīng)的，三個(gè)載流體入口821分別對(duì)應(yīng)第一壓力表5、第二壓力表6和第三壓力表7三個(gè)壓力表，三個(gè)磨粒流入口831分別對(duì)應(yīng)第四壓力表19、第五壓力表20和第六壓力表30三個(gè)壓力表，每個(gè)壓力表用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)載流體入口或磨粒流入口處的壓力。

本實(shí)用新型所述采用的加工方法如下:

一種基于結(jié)構(gòu)空化效應(yīng)的高效流體光整加工方法，將文丘里管空化效應(yīng)引入到流體光整加工中，通過(guò)在加工工具8上設(shè)置文丘里管結(jié)構(gòu)，在加工工具8和待加工工件9之間形成的有效拋光區(qū)域內(nèi)形成強(qiáng)烈的氣泡空化作用，利用氣泡空化作用驅(qū)動(dòng)形成有效拋光區(qū)內(nèi)的液固兩相磨粒流高速湍流渦旋，實(shí)現(xiàn)磨粒對(duì)待加工工件9表面的加工，具體包括如下步驟：首先，按照需要的比例在磨粒流循環(huán)池18內(nèi)調(diào)配好液固兩相磨粒流，并將調(diào)配好的液固兩相磨粒流注入載流體存儲(chǔ)箱25中，利用氣泡發(fā)生器27向載流體存儲(chǔ)箱25中注入氣體形成固液氣三相磨粒流，并將固液氣三相磨粒流通過(guò)多個(gè)磨粒流入口831通入到加工工具8的磨粒流入口831中，固液氣三相磨粒流流入有效拋光區(qū)域內(nèi)形成高速運(yùn)動(dòng)的固液氣三相磨粒流以加工待加工工件9的表面；同時(shí)，磨粒流循環(huán)池18內(nèi)的部分液固兩相磨粒流經(jīng)過(guò)磨粒流過(guò)濾器22過(guò)濾得到磨粒載流體，將磨粒載流體通入加工工具8的載流體入口821中，并經(jīng)過(guò)載流體入口821流體加工工具8的文丘里管結(jié)構(gòu)進(jìn)入有效拋光區(qū)域內(nèi)，通過(guò)文丘里管結(jié)構(gòu)在有效拋光區(qū)域內(nèi)形成強(qiáng)烈的氣泡空化作用，擾亂原有高速運(yùn)動(dòng)的固液氣三相磨粒流內(nèi)磨粒的運(yùn)動(dòng)，促使磨粒以高速和隨機(jī)的方式加工工件表面；在此過(guò)程中，利用運(yùn)動(dòng)模塊10帶動(dòng)加工工具8做周期性自轉(zhuǎn)和縱橫向的平移運(yùn)動(dòng)，直至完成整個(gè)待加工工件9表面的加工。

本實(shí)用新型中液固兩相磨粒流的磨粒比例并非是固定的，不同的待加工工件9在加工時(shí)需要的液固兩相磨粒流的磨粒比例是不一樣的，根據(jù)待加工工件9的實(shí)際需要來(lái)設(shè)定液固兩相磨粒流中的磨粒比例。

在本實(shí)用新型中，文丘里管空化效應(yīng)通過(guò)磨粒載流體流經(jīng)文丘里管結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)向載流體存儲(chǔ)箱25中注入氣體的效率調(diào)控文丘里管空化效應(yīng)的強(qiáng)弱，調(diào)節(jié)文丘里管空化效應(yīng)強(qiáng)弱的目的在于適用于不同種類的待加工工件9的加工。

在本實(shí)用新型中，文丘里管結(jié)構(gòu)滿足固液氣三相磨粒流流經(jīng)文丘里管結(jié)構(gòu)時(shí)固液氣三相磨粒流的最小壓強(qiáng)低于固液氣三相磨粒流的飽和蒸氣壓。為了確保上述內(nèi)容，文丘里管結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過(guò)計(jì)算流體力學(xué)軟件驗(yàn)證。

在本實(shí)用新型中，所述液固二相磨粒流為低粘度流體，容易實(shí)現(xiàn)空化效應(yīng)。

在本實(shí)用新型中，所述運(yùn)動(dòng)模塊10帶動(dòng)加工工具8以周期性自轉(zhuǎn)和縱橫向的平移運(yùn)動(dòng)兩種方式交替運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)模塊10首先以角度θ做周期性自轉(zhuǎn)加工，在完成360度自轉(zhuǎn)后平移距離s，開(kāi)始新一輪的自轉(zhuǎn)，完成360度自轉(zhuǎn)后再次平移距離s，循環(huán)此過(guò)程，直至加工完整個(gè)待加工工件9的表面。運(yùn)動(dòng)模塊10包括驅(qū)動(dòng)加工工具8周期性自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)模塊和用于帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)模塊進(jìn)行縱橫向的平移運(yùn)動(dòng)的平移模塊組成，二者受到控制器控制進(jìn)行交替運(yùn)動(dòng)。

上述實(shí)施例只是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本實(shí)用新型專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。