专利名称：一种磨粒流精密光整加工湍流调控方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磨粒流精密光整加工湍流调控方法及装置。
背景技术：
目前，制造业对零件表面的粗糙度要求越来越高，然而，对于尺寸小或几何形态特 殊的表面难以使用工具进行接触式光整加工，如抛光或研磨，无论自动化或手工加工都是 如此，这一问题目前尚无有效方法解决。磨粒与液体混合，形成液-固两相或多相磨粒流， 磨粒流的流体性质决定其可变化无形且无孔不入，因此，基于磨粒流形成了一些表面光整 加工方法，例如挤压珩磨、磨粒水射流抛光、磁流变抛光、磁射流抛光、电流变液抛光等。这 些方法利用磨粒流与加工表面接触时的壁面效应，形成磨粒对表面的微切削实现表面光整 加工，由于磨粒流可形成良好仿形接触，因此在曲面和异型面加工中体现出优势。从加工机 理看，挤压珩磨和磨粒水射流抛光都属于“硬性”磨粒流强力加工。所谓“硬性”磨粒流是 指磨粒流具有强黏度或强冲击力。与“硬性”磨粒流不同，“软性”磨粒流是一种液_固两相 磨粒流，具有弱黏性或无黏性，因此具有更好的流动特性并可实现湍流流动，“软性”磨粒流 的有效加工是在湍流状态下进行，它不是通过射流的形式强力冲击被加工表面，而是利用 磨粒的微力微量切削的频繁作用实现表面的逐步光整，湍流流场中的磨粒运动的随机性实 现了表面纹理无序化，直至实现结构化表面无工具镜面级加工。但是，由于软性磨粒流在零件的窄缝、窄槽、小孔等几何形状特殊的微细流道中流 动的雷诺数较小，不易形成湍流流动，因而将会降低软性磨粒流对零件被加工表面的光整 加工效果。
发明内容
本发明要解决软性磨粒流在几何形状特殊的微细流道中不易形成湍流流动的问 题，提供了一种易形成湍流的磨粒流精密光整加工湍流调控方法及装置。本发明的技术方案一种磨粒流精密光整加工湍流调控方法，其特征在于采用配制低粘度的磨粒流、 改变磨粒流压力和流速、设计和制造凹凸不平的流道使磨粒流在精密加工时形成湍流流 动。—种实现本发明所述的磨粒流精密光整加工湍流调控方法的装置，其特征在于 包括配置低粘度磨粒流的磨粒流源装置，所述磨粒流源装置上设有泵送装置，所述泵送装 置上连接有改变压力和流速的压力调控装置和设有凹凸不平的流道的工作台装置，所述压 力调控装置和工作台装置均与所述磨粒流源装置相连。进一步，所述磨粒流源装置包括溶液箱，所述溶液箱的底部为圆台型结构，所述溶 液箱里装有磨粒流，所述磨粒流由乳化液和金刚砂(SiC)颗粒按照体积比10 1的比例配 制；所述溶液箱上设有将磨粒流浓度搅拌均勻的搅拌器，所述搅拌器包括有电机、转轴和叶 片，所述叶片安装在溶液箱的底部；所述溶液箱的底部两侧设有吸附磨屑的磨屑吸附器，所述磨屑吸附器包括有永久磁铁、不锈钢外壳和端盖。进一步，所述泵送装置包括过滤器，所述过滤器放置在磨粒流中，所述过滤器上依 次连接有输送磨粒流的泵、观察泵输出的磨粒流压力的压力表和防止磨粒流回流的单向 阀。进一步，所述压力调控装置有先导式溢流阀和回流管道，所述先导式溢流阀控制 所述磨粒流的压力，使其形成湍流。进一步，所述工作台装置包括有工作台，所述工作台表面平整，其上设有多个固定 夹具和工件的螺纹孔和T形槽；所述工作台上安装有被加工工件、约束模块，所述约束模块根据被加工工件的形 状来设计和制造，所述约束模块上与被加工工件形成流道的表面凹凸不平，所述被加工工 件、约束模块通过第一夹具装夹固定在工作台上；所述被加工工件、约束模块的两端设有磨粒流流进流出的导入导出块，所述导入 导出块的端面有螺纹孔，连接有管接头，所述导入块与泵送装置的输出管路相连，所述导出 块与磨粒流源装置的输入管路相连，所述导入导出块通过第二夹具装夹固定在所述被加工 工件、约束模块的两端；所述第一夹具和第二夹具由螺栓压板装置组合而成。本发明的技术构思所述磨粒流由乳化液和金刚砂(SiC)颗粒，按照体积比 10 1的比例配制，保证磨粒流具有良好的流动性和低粘度；因为乳化液的粘度比水大而 比45#机油小，流动性好。所述金刚砂(SiC)颗粒，选择粒径为l-5um，有利于获得较高的 表面光整加工质量。所述溶液箱的圆台型结构底部，便于与搅拌器叶片配合工作。所述搅 拌器的叶片在转动时使底部浓度高的溶液向上向外流动，有利于短时间内使磨粒流浓度均 勻。所述过滤器滤网孔径lOum，不允许大于IOum的固体物质通过，以免损坏泵阀。所 述泵的流量为3. 5m3/h、扬程为32m、功率为1. 5KW，保证磨粒流精密光整加工时所需流量和 压力。由泵输出的磨粒流分为两路，一路通往被加工工件和约束模块组成的流道，用来 对被加工工件表面进行精密光整加工；另一路经先导式溢流阀和回流管道流回溶液箱。泵 输出端管路中没有压力，先导式溢流阀关闭，泵输出端管路中的磨粒流压力达到先导式溢 流阀的开启压力时，该路才会形成回路，一旦该路形成回路，由于大量磨粒流快速流回溶液 箱，因此，泵输出端管路中的压力下降，当压力降低到小于先导式溢流阀的开启压力时，溢 流阀关闭，通过溢流阀的通断，使泵输出端管路中的磨粒流压力不断变化，压力变化也将导 致流速变化，这样有利于形成湍流。所述约束模块和被加工工件形成流道的表面设计制造成凹凸不平的结构形状，使 磨粒流在流经该流道时更易于形成湍流。本发明的有益效果结构简单、设计制造方便，有利于微细结构化流道形成湍流。
图1为本发明调控方法示意图。图2为本发明调控装置的结构示意图。
图3为本发明溶液箱的结构图。图4为本发明溶液箱的半剖示意图。图5为本发明搅拌器的轴和叶片的结构图。图6为本发明磨屑吸附器的结构图。图7为本发明磨屑吸附器沿图6中A-A向的剖视图。图8为本发明工作台装置装配图。图9为本发明工作台、被加工工件、约束模块和导入导出块装配图。图10为本发明工作台零件图。图11为本发明被加工工件零件图。图12为本发明约束模块零件图。图13为本发明导入导出块零件图。
具体实施例方式参照图1-13，一种磨粒流精密光整加工湍流调控方法，采用配制低粘度的磨粒流、 改变磨粒流压力和流速、设计和制造凹凸不平的流道使磨粒流在精密加工时形成湍流流动。一种实现本发明所述的磨粒流精密光整加工湍流调控方法的装置，包括配置低粘 度磨粒流的磨粒流源装置，所述磨粒流源装置上设有泵送装置，所述泵送装置上连接有改 变压力和流速的压力调控装置和设有凹凸不平的流道的工作台装置，所述压力调控装置和 工作台装置均与所述磨粒流源装置相连。所述磨粒流源装置包括溶液箱2，所述溶液箱2的底部为圆台型结构，所述溶液箱 2里装有磨粒流1，所述磨粒流1由乳化液和金刚砂(SiC)颗粒按照体积比10 1的比例 配制；所述溶液箱2上设有将磨粒流1浓度搅拌均勻的搅拌器4，所述搅拌器4包括有电机、 转轴和叶片，所述叶片安装在溶液箱2的底部；所述溶液箱2的底部两侧设有吸附磨屑的磨 屑吸附器3，所述磨屑吸附器3包括有永久磁铁302、不锈钢外壳301和端盖303。所述泵送装置包括过滤器5，所述过滤器5放置在磨粒流1中，所述过滤器5上依 次连接有输送磨粒流1的泵6、观察泵6输出的磨粒流1压力的压力表7和防止磨粒流1回 流的单向阀8。所述压力调控装置有先导式溢流阀9和回流管道10，所述先导式溢流阀9控制所 述磨粒流1的压力，使其形成湍流。所述工作台装置包括有工作台11，所述工作台11表面平整，其上设有多个固定夹 具和工件的螺纹孔和T形槽；所述工作台11上安装有被加工工件13、约束模块14，所述约束模块14根据被加 工工件13的形状来设计和制造，所述约束模块14上与被加工工件13形成流道的表面凹凸 不平，所述被加工工件13、约束模块14通过第一夹具1602装夹固定在工作台11上；所述被加工工件13、约束模块14的两端设有磨粒流流进流出的导入导出块12、 15，所述导入导出块12、15的端面有螺纹孔，连接有管接头，所述导入块12与泵送装置的输 出管路相连，所述导出块15与磨粒流源装置的输入管路相连，所述导入导出块12、15通过 第二夹具1601装夹固定在所述被加工工件13、约束模块14的两端；
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所述第一夹具1602和第二夹具1601由螺栓压板装置组合而成。本发明的技术构思所述磨粒流1由乳化液和金刚砂(SiC)颗粒，按照体积比 10 1的比例配制，保证磨粒流1具有良好的流动性和低粘度；因为乳化液的粘度比水大 而比45#机油小，流动性好。所述金刚砂(SiC)颗粒，选择粒径为l-5um，有利于获得较高的 表面光整加工质量。所述溶液箱2的圆台型结构底部，便于与搅拌器4叶片配合工作。所 述搅拌器4的叶片在转动时使底部浓度高的溶液向上向外流动，有利于短时间内使磨粒流 1浓度均勻。所述过滤器5滤网孔径10um，不允许大于IOum的固体物质通过，以免损坏泵6阀。 所述泵6的流量为3. 5m3/h、扬程为32m、功率为1. 5KW，保证磨粒流1精密光整加工时所需 流量和压力。由泵6输出的磨粒流1分为两路，一路通往被加工工件13和约束模块14组成的 流道，用来对被加工工件13表面进行精密光整加工；另一路经先导式溢流阀9和回流管道 10流回溶液箱2。泵6输出端管路中没有压力，先导式溢流阀9关闭，泵6输出端管路中的 磨粒流1压力达到先导式溢流阀9的开启压力时，该路才会形成回路，一旦该路形成回路， 由于大量磨粒流1快速流回溶液箱2，因此，泵6输出端管路中的压力下降，当压力降低到小 于先导式溢流阀9的开启压力时，溢流阀9关闭，通过溢流阀9的通断，使泵6输出端管路 中的磨粒流1压力不断变化，压力变化也将导致流速变化，这样有利于形成湍流。所述约束模块14和被加工工件13形成流道的表面设计制造成凹凸不平的结构形 状，使磨粒流1在流经该流道时更易于形成湍流。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护 范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技 术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
一种磨粒流精密光整加工湍流调控方法，其特征在于采用配制低粘度的磨粒流、改变磨粒流压力和流速、设计和制造凹凸不平的流道使磨粒流在精密加工时形成湍流流动。
2.一种实现权利要求1所述的磨粒流精密光整加工湍流调控方法的装置，其特征在 于包括配置低粘度磨粒流的磨粒流源装置，所述磨粒流源装置上设有泵送装置，所述泵送 装置上连接有改变压力和流速的压力调控装置和设有凹凸不平的流道的工作台装置，所述 压力调控装置和工作台装置均与所述磨粒流源装置相连。
3.根据权利要求2所述的一种实现磨粒流精密光整加工湍流调控方法的装置，其特征 在于所述磨粒流源装置包括溶液箱，所述溶液箱的底部为圆台型结构，所述溶液箱里装有 磨粒流，所述磨粒流由乳化液和金刚砂(SiC)颗粒按照体积比10 1的比例配制；所述溶 液箱上设有将磨粒流浓度搅拌均勻的搅拌器，所述搅拌器包括有电机、转轴和叶片，所述叶 片安装在溶液箱的底部；所述溶液箱的底部两侧设有吸附磨屑的磨屑吸附器，所述磨屑吸 附器包括有永久磁铁、不锈钢外壳和端盖。
4.根据权利要求2或3所述的一种实现磨粒流精密光整加工湍流调控方法的装置，其 特征在于所述泵送装置包括过滤器，所述过滤器放置在磨粒流中，所述过滤器上依次连接 有输送磨粒流的泵、观察泵输出的磨粒流压力的压力表和防止磨粒流回流的单向阀。
5.根据权利要求4所述的一种实现磨粒流精密光整加工湍流调控方法的装置，其特征 在于所述压力调控装置有先导式溢流阀和回流管道，所述先导式溢流阀控制所述磨粒流 的压力，使其形成湍流。
6.根据权利要求5所述的一种实现磨粒流精密光整加工湍流调控方法的装置，其特征 在于所述工作台装置包括有工作台，所述工作台表面平整，其上设有多个固定夹具和工件 的螺纹孔和T形槽；所述工作台上安装有被加工工件、约束模块，所述约束模块根据被加工工件的形状来 设计和制造，所述约束模块上与被加工工件形成流道的表面凹凸不平，所述被加工工件、约 束模块通过第一夹具装夹固定在工作台上；所述被加工工件、约束模块的两端设有磨粒流流进流出的导入导出块，所述导入导出 块的端面有螺纹孔，连接有管接头，所述导入块与泵送装置的输出管路相连，所述导出块与 磨粒流源装置的输入管路相连，所述导入导出块通过第二夹具装夹固定在所述被加工工 件、约束模块的两端；所述第一夹具和第二夹具由螺栓压板装置组合而成。
全文摘要
一种磨粒流精密光整加工湍流调控方法及其装置，采用配制低粘度的磨粒流、改变磨粒流压力和流速、设计和制造凹凸不平的流道使磨粒流在精密加工时形成湍流流动。所述的装置，包括配置低粘度磨粒流的磨粒流源装置，所述磨粒流源装置上设有泵送装置，所述泵送装置上连接有改变压力和流速的压力调控装置和设有凹凸不平的流道的工作台装置，所述压力调控装置和工作台装置均与所述磨粒流源装置相连。本发明的有益效果结构简单、设计制造方便，有利于微细结构化流道形成湍流。
文档编号B24B27/00GK101985206SQ20101012268
公开日2011年3月16日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者孙树峰, 计时鸣, 谭大鹏 申请人:浙江工业大学;温州大学