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专利号: 2018102810764
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 磨削;抛光
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:首先将SiC工件无需加工的部分用隔绝材料包裹,然后将SiC工件浸泡于装有芬顿试剂的反应池中;芬顿反应中生成的具有强氧化性的羟基自由基将SiC工件表面氧化成硬度较软、结合力较小的SiO2;反应一段时间后,将工件取出并用夹具固定在抛光液容器中;串并混联抛光平台控制圆柱形抛光工具相对于工件的位姿,使抛光工具与工件表面始终保持一个微小的加工间隙,工具与工件完全浸没在抛光液中;由伺服电机驱动圆柱形抛光工具高速旋转,使混有磨粒的抛光液在工具高速旋转的作用下一起旋转,产生动压;抛光液中的磨粒在动压流的作用下源源不断地通过加工间隙,并以近似水平的角度去冲击工件表面微观凸起的部分,对工件形成一定的材料去除;超声波气泡发生机构不断调整变幅杆相对于动压区域的位姿,使变幅杆末端产生的空化气泡正好经过液体动压区域;由于动压区域压力变化,促使空化云溃灭,溃灭产生的能量驱动混有磨粒的抛光液,增大磨粒冲击速度,增加磨粒冲击随机性,避免磨粒单一方向的流动对工件产生划痕,实现工件表面极高精度的抛光;随着抛光进行,磨粒流循环系统对抛光容器中的磨粒进行循环输送,避免抛光液中的磨粒沉积。

2.如权利要求1所述的一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:反应池中进行的芬顿反应生成具有强氧化性的羟基自由基(·OH),羟基自由基利用溶液中游离的氧气(O2),与SiC反应生成SiO2、水(H2O)和二氧化碳(CO2),导致碳化硅材料表面氧化,生成的SiO2相较于SiC硬度较软、结合力较小,能够被三相流动压空化抛光过程中磨粒的机械去除作用去除,从而有效提高抛光效率。

3.如权利要求1所述的一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:SiC工件无需加工的部分使用了隔绝材料包裹,保证工件在完全浸没于芬顿剂中时,只有待加工部分的表面材料被芬顿反应生成的羟基自由基氧化,生成硬度较软、结合力较小SiO2层

4.如权利要求1~3之一所述的一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:所述的芬顿试剂的最佳反应环境应选择pH值为2-5的弱酸性环境。反应环境的pH值过高时,将使芬顿反应过程中产生的Fe3+与溶液中的氢氧根离子反应生成Fe(OH)3而停止反应;反应环境的pH值过低时,溶液的酸性太强,将和过氧化氢发生中和反应,从而降低反应速度。

5.如权利要求4所述的一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:所述的芬顿试剂中的强氧化剂羟基自由基,是由催化剂与氧化剂反应生成的,芬顿反应中的催化剂为硫酸亚铁FeSO4、氯化亚铁FeCl2、氧化铁Fe2O3和硫酸铁Fe2(SO4)3,氧化剂为氧化氢H2O2、高锰酸钾KMNO4和次氯酸HCLO。

6.如权利要求1~3之一所述的一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:所述串并混联抛光平台由三杆并联平台和三自由度串联平台组成,三自由度串联平台主要由X、Y、Z方向导轨组成,三杆并联平台安装于三自由度串联平台的Z方向导轨上,三个方向的导轨分别由电机驱动;三杆并联平台主要由动平台与静平台组成,其中动平台主要由三根可伸缩杆组成,圆柱形抛光工具则通过连接装置与伺服电机相连安装于三杆并联平台末端,工具表面可带沟槽也可光滑;串联平台沿X、Y、Z方向控制工具的位置,并联平台控制工具的姿态,使抛光工具相对于工件的位姿可以精确控制。

7.如权利要求1~3之一所述的一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:所述的工具在工件上方保持微间隙,伺服电机驱动抛光工具高速旋转,混有磨粒的抛光液在工具高速旋转的作用下一起旋转,抛光液经过工具与工件之间的楔形间隙时因产生挤压而提高了压力,产生动压;加入于抛光液中的磨粒在动压的作用下不断地近似水平的角度去冲击工件表面微观凸起的部分,对工件形成一定的材料去除。

8.如权利要求1~3之一所述的一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:所述的超声波气泡发生机构由超声波气泡发生器与多自由度机械臂组成,超声波气泡发生器通过连接装置安装于多自由度机械臂末端,且不限于机械臂,可调节超声波发生器末端位姿的任何装置即可;多自由度机械臂不断调整超声波发生器变幅杆相对于动压区域的位姿,使变幅杆末端产生的空化气泡正好经过动压区域;超声波气泡发生器工作时,变幅杆末端产生大量空化气泡,空化气泡在超声波正压相和负压相作用下不断膨胀和收缩,经过液体动压区域时由于动压区域的压力变化,空化气泡发生快速溃灭。

9.如权利要求1~3之一所述的一种芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法,其特征在于:所述的磨粒流循环系统由两个磨粒流输送泵与搅拌器组成,两个磨粒流输送泵分别安装于抛光加工平台两侧,通过磨粒流输送软管与搅拌器和抛光液容器相连;磨粒流循环系统在抛光过程中不停地对抛光容器中的磨粒流进行循环搅拌与输送,避免磨粒沉积于抛光液容器底部,提高磨粒流的回收使用效率,从而提升抛光效率。

10.一种如权利要求1所述的芬顿辅助三相流动压空化抛光SiC光学曲面方法的装置,其特征在于:所述装置包括三自由度串联平台、三杆并联平台、混有磨粒的抛光液、磨粒流输送泵、磨粒流输送软管、搅拌器、多自由度机械臂、工件、抛光液容器、夹具、伺服电机、联轴器、抛光工具、超声波气泡发生器,安装于抛光液容器上方的三自由度串联平台由X、Y、Z方向导轨组成,三个方向的导轨分别由电机驱动,用于控制抛光工具的位置;三杆并联平台由动平台与静平台组成,其中动平台主要由三根可伸缩杆组成,用于控制抛光工具的姿态;

三杆并联平台安装于三自由度串联平台的Z方向导轨上组成串并混联平台,抛光工具与伺服电机相连安装在串并混联机构末端,使抛光工具与工件保持微间隙的同时高速旋转,产生动压区域;SiC工件则通过夹具固定于抛光液容器底部,并且完全浸没于混有磨粒的抛光液中;两个磨粒流输送泵分别安装于抛光液容器两侧,通过磨粒流输送软管与另一侧搅拌器相连,用于避免抛光过程中的磨粒沉积;超声波气泡发生器通过连接装置安装于多自由度机械臂末端,使超声波发生器变幅杆末端产生的空化气泡正好经过动压区域。