一种基于干冰射流抛光的装置的制作方法

本发明涉及干冰微粒喷射技术领域，具体是指一种基于干冰射流抛光的装置。

背景技术：

传统的干冰微粒喷射技术是采用气体喷射的方式，这不仅导致干冰微粒在输送过程中容易发生阻塞及碰撞损耗，难以连续均匀的供给干冰微粒，而且采用气体喷射方式所需要的设备更为复杂，需要送料装置，造粒机等，使得设备成本较高。另外，传统的干冰喷射技术的喷射装置喷射压力较低，冲击力不强，难以实现待加工材料表面的抛光。因此需要一种具有可连续均匀的、调压调速的、适用于加工不同材料的干冰射流抛光装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于干冰射流抛光的装置，得到具有一定冲击力的干冰微粒射流用于待抛光材料的表面抛光。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于干冰射流抛光的装置，包括液态二氧化碳储存瓶、液体输送管、调压调速系统、低温高压截止阀、喷嘴、喷嘴连接器、喷嘴角度调节器、旋转工作台、位置调节装置，所述位置调节装置带动喷嘴连接器沿x轴方向、y轴方向、z轴方向移动；待抛光材料设置于所述旋转工作台上；

所述液态二氧化碳储存瓶通过液体输送管连接所述调压调速系统，所述调压调速系统通过所述液体输送管连接所述喷嘴连接器，所述喷嘴连接器与喷嘴可拆卸连接；所述调压调速系统与喷嘴连接器之间的液体输送管上设置有所述低温高压截止阀；所述喷嘴连接器与所述喷嘴角度调节器连接，用于调整所述喷嘴连接器的设置角度；所述调压调速系统对液态二氧化碳进行多级调压，使自调压调速系统喷射而出的干冰射流具有不同出射压力；

在一较佳的实施例中；所述位置调节装置包括横杆、纵杆及竖杆；所述喷嘴连接器固定于第一连接块上；所述连接块设置有第一连接孔，通过沿x轴方向设置的横杆穿过所述第一连接孔实现所述第一连接块与横杆的滑动连接，实现所述第一连接块在x轴方向的位置调整；所述横杆的两端分别连接有第二连接块，所述第二连接块均设置有第二连接孔，通过沿y轴方向设置的纵杆穿过所述第二连接孔实现所述第二连接块与纵杆的滑动连接，实现所述第二连接块在y轴方向的位置调整；所述纵杆的一端均连接有第三连接块，所述第三连接块均设置有第三连接孔，通过沿z轴方向设置的竖杆穿过所述第三连接孔实现所述第三连接块与竖杆的滑动连接，实现所述第三连接块在z轴方向的位置调整。

在一较佳的实施例中；所述喷嘴的出口即靠近待抛光材料的一端为圆柱形喷孔；所述喷嘴的入口即靠近喷嘴连接器的一端为一圆台，自喷嘴连接器至待抛光材料方向圆台截面逐渐增大。

在一较佳的实施例中；所述旋转工作台包括基台、回旋装置、及设置有圆形凹槽的工作台面；所述基台固定设置于一基座上，所述回旋装置的上下两端分别连接基台及工作台面；通过驱动电机驱动所述回旋装置以平行于z轴方向为中心轴匀速旋转；所述工作台面上设置有一真空吸孔，用于固定所述待抛光材料。

在一较佳的实施例中；所述竖杆通过地脚螺丝固定设置于所述基座上。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.本发明在整个装置中设置有调压调速系统，不仅可以实现干冰射流过程中的喷射压力及速度的控制，而且可以利用干冰的节流膨胀原理获得具有一定冲击力及粒径的干冰微粒射流。

2.本发明在整个工作平移装置中，可以实现x、y、z轴方向的平移及z轴方向的回转，使得干冰射流可以完整而又均匀的抛光待加工材料表面。

3.本发明采用的喷嘴是与喷嘴连接器通过螺纹连接的，这样无论是对于抛光不同材料表面，还是喷嘴在长时间的加工过程中受到了磨损，都可以得到及时的更换。

4.本发明采用的喷嘴其外围是一种圆台形状，可以避免由于干冰微粒在高速射流撞击待抛光的材料表面后溅射回来的束流对喷嘴之后其它装置的损害。

5.本发明不需要用水或用少量的水就可以实现对待加工材料表面的抛光，显著的减少了废水与废物的排出量，达到节约水资源，降低环境污染的目的。

6.本发明采用节流膨胀原理形成干冰微粒射流，可以避免传统干冰喷射技术中的干冰微粒在输送过程中的堵塞及其碰撞的损耗，降低喷嘴的磨损，也不需要传统干冰喷射技术中额外的送料装置及混合室，使成本大大降低。

7.本发明采用干冰微粒作为磨料进行射流加工，不仅可以通过调压调速系统调节喷射压力，也可以通过调节z轴方向的位移，获得适合干冰清洗已抛光后的材料表面可以实现自清洗作用，去掉传统加工后的清洗环节，降低水资源的浪费。

附图说明

图1为本发明优选实施例中基于干冰射流抛光的装置的整体结构示意图；

图2为本发明优选实施例中基于干冰射流抛光的装置的喷嘴结构剖面示意图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种基于干冰射流抛光的装置，参考图1，包括液态二氧化碳储存瓶1、液体输送管4、调压调速系统2、低温高压截止阀3、喷嘴10、喷嘴连接器9、喷嘴角度调节器8、旋转工作台、位置调节装置；所述位置调节装置带动喷嘴连接器9沿x轴方向、y轴方向、z轴方向移动；待抛光材料设置于所述旋转工作台上。

各个元件的连接关系为：所述液态二氧化碳储存瓶1通过液体输送管4连接所述调压调速系统2，所述调压调速系统2通过所述液体输送管4连接所述喷嘴连接器9，所述喷嘴连接器9与喷嘴10可拆卸连接，在本实施例中，所述喷嘴10与喷嘴连接器9通过螺纹连接；这样无论是对于抛光不同材料表面，还是喷嘴10在长时间的加工过程中受到了磨损，都可以得到及时的更换。

所述调压调速系统2与喷嘴连接器9之间的液体输送管4上设置有所述低温高压截止阀3；所述喷嘴连接器9与所述喷嘴角度调节器8连接，用于调整所述喷嘴连接器9的设置角度；所述调压调速系统2对液态二氧化碳进行多级调压，使自调压调速系统2喷射而出的干冰射流具有不同出射压力。本发明在整个装置中设置有调压调速系统2，不仅可以实现干冰射流过程中的喷射压力及速度的控制，而且可以利用干冰的节流膨胀原理获得具有一定冲击力及粒径的干冰微粒射流。

为了能够在三个不同的方向上调至所述喷嘴10的位置以适应不同的抛光材料；所述位置调节装置包括横杆6、纵杆5、16及竖杆17；所述喷嘴连接器9固定于第一连接块7上；所述连接块设置有第一连接孔，通过沿x轴方向设置的横杆6穿过所述第一连接孔实现所述第一连接块7与横杆6的滑动连接，实现所述第一连接块7在x轴方向的位置调整；所述横杆6的两端分别连接有第二连接块，所述第二连接块均设置有第二连接孔，通过沿y轴方向设置的纵杆5、16穿过所述第二连接孔实现所述第二连接块与纵杆5、16的滑动连接，实现所述第二连接块在y轴方向的位置调整；所述纵杆5、16的一端均连接有第三连接块，所述第三连接块均设置有第三连接孔，通过沿z轴方向设置的竖杆17穿过所述第三连接孔实现所述第三连接块与竖杆17的滑动连接，实现所述第三连接块在z轴方向的位置调整；在整个工作平移装置中，可以实现x、y、z轴方向的平移及z轴方向的回转，使得干冰射流可以完整而又均匀的抛光待加工材料表面。

为了避免由于干冰微粒在高速射流撞击待抛光的材料表面后溅射回来的束流对喷嘴10之后其它装置的损害；参考图2.所述喷嘴10的出口即靠近待抛光材料的一端为圆柱形喷孔；所述喷嘴10的入口即靠近喷嘴连接器9的一端为一圆台，自喷嘴连接器9至待抛光材料方向圆台截面逐渐增大。

具体来说，所述旋转工作台包括基台14、回旋装置15、及设置有圆形凹槽的工作台面12；所述基台14固定设置于一基座13上，所述回旋装置15的上下两端分别连接基台14及工作台面12；通过驱动电机驱动所述回旋装置15以平行于z轴方向为中心轴匀速旋转；所述工作台面12上设置有一真空吸孔11，用于固定所述待抛光材料。所述竖杆17通过地脚螺丝18固定设置于所述基座13上。

应用本发明提供的装置实施干冰射流抛光硬脆性材料的方法包括以下步骤：

步骤一：将待抛光的硬脆性材料装夹于旋转工作台上，并换装适用于待抛光的硬脆性材料的喷嘴10；所述待抛光的硬脆性材料为经过初步抛光后具有一定光整度的石材、陶瓷、玻璃、半导体材料、光电材料中的任意一种。所述喷嘴10根据待抛光的硬脆性材料种类的不同，更换不同的型号规格及材质的喷嘴10。

步骤二：将喷嘴10对准待抛光的硬脆性材料表面，调整喷嘴10的出口中间点处相对于待抛光的硬脆性材料表面之间的高度，再调整喷嘴10角度连接器以调整喷嘴10的中轴线相对于待抛光的硬脆性材料表面之间的喷射角，以及调整一定的射流抛光加工时间；根据待抛光硬脆性材料的力学特性调节相应的射流压力；具体通过测得的待抛光硬脆性材料在低温下的尖峰层去除所需的力，来确定所述射流压力的大小。

步骤三：开启低温高压截止阀3，形成干冰微粒射流，使得待抛光材料表面尖峰层急剧冷冻脆化，通过高速射流产生冲击力及干冰升华产生的微爆炸产生的横向剪切力来实现尖峰层的去除，获得抛光表面。液态二氧化碳经过所述调压调速系统2让二氧化碳气体高速通过喷嘴10，采用节流膨胀原理在绝热且不对外做功的条件下产生的所述干冰微粒，所述干冰微粒大小为1μm至100μm，出射速度大于340m/s。

具体来说，干冰射流抛光原理为利用调压调速系统2将初始压力为5mpa左右的二氧化碳调节至合适的喷射速度及喷射压力下，然后经过喷嘴10高速喷射出去，膨胀过程中一部分二氧化碳吸收大量热量，另一部分二氧化碳降温至凝固点，形成干冰微粒射流，冲击到待抛光的硬脆性材料表面。由于冲击过程中受干冰微粒在-78.5℃时气化升华吸收大量热量的影响而产生热冲击现象，导致了其力学性能发生了改变，即待抛光的材料表面尖峰层产生脆化，使得抛光过程能够更加容易进行以提高加工效率。

具体来说，所述冲击力是干冰高速射流碰撞待抛光的硬脆性材料表面而产生的，是实现抛光过程中材料去除的主要方式。但是由于干冰莫氏硬度(2-3)较低，因此在加工过程中高速射流的干冰作用在待抛光材料表面产生压力积累以及形成滚动摩擦过程，使得待抛光的材料表面尖峰层发生耕犁和微切削获得光洁度较好的加工效果。同时，由于在冲击瞬间干冰破碎然后在极短的时间内气化升华，这个过程中干冰的体积膨胀近800倍，使得干冰在冲击点产生微爆炸效应。干冰的微爆炸能够产生较大的横向剪切作用力，使待加工表面的粗糙度进一步降低同时使切屑随气流被迅速卷走，达到了抛光和自清洗的目的。

本发明不需要用水或用少量的水就可以实现对待加工材料表面的抛光，显著的减少了废水与废物的排出量，达到节约水资源，降低环境污染的目的。本发明采用节流膨胀原理形成干冰微粒射流，可以避免传统干冰喷射技术中的干冰微粒在输送过程中的堵塞及其碰撞的损耗，降低喷嘴10的磨损，也不需要传统干冰喷射技术中额外的送料装置及混合室，使成本大大降低。本发明采用干冰微粒作为磨料进行射流加工，不仅可以通过调压调速系统2调节喷射压力，也可以通过调节z轴方向的位移，获得适合干冰清洗已抛光后的材料表面可以实现自清洗作用，去掉传统加工后的清洗环节，降低水资源的浪费。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。