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专利号: 2019104436811
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:

1.一种超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法,其特征在于,磨粒流抛光在低压流体中进行;所述磨粒流抛光在楔形流道内进行;所述楔形流道的上顶面倾斜角度可调,通过更换置于加工装置内的角度块零件实现;所述空化为超声波空化,通过安装在加工装置流道入口前的超声波发生器在磨粒流中产生空化泡;所述磁场为置于加工装置正下方的电磁铁所产生的垂直工件表面的强度可调均匀磁场,在所述磁场的作用下,流场中的磁性磨粒被磁化,受磁场力作用向工件表面运动;所述磁性磨粒为Fe-Al2O3磨粒;

所述超声波空化通过安装在加工装置流道入口前的超声波发生器实现,超声波发生器发射的超声波频率介于20~80kHz,强度介于0.5~2.5W/cm2;在超声波发生器发射的超声波作用下,流体中产生大量空化泡,这些空化泡迅速膨胀,然后突然闭合,空化泡闭合瞬间产生的冲击波能够提高湍流强度,使斜楔形流道内的磨粒能量提高,增大磨粒对加工表面的剪切力,从而增强材料的去除效果,提高加工效率;

所述磁性磨粒在均匀磁场作用下被磁化,磁场强度为B,磁场方向垂直工件表面向上,被磁化的磁性磨粒受到垂直指向工件表面的磁场力Fm作用,在楔形流道内沿平行于工件表面方向流动的同时沿垂直指向工件表面方向流动,磁场力的存在不仅增大磁性磨粒对工件表面的压力,还使原本在流道截面内无序分布的磁性磨粒向工件表面聚集,提高磨粒在工件表面的驻留时间,从而提高加工效率、缩短加工时间;

所述磁性磨粒为Fe-Al2O3磨粒,粒径0.2~5μm,在磨粒流中的质量分数介于2~15%,铁粉作为磁性粒子,刚玉粉作为磨粒,二者在高温下烧结制成Fe-Al2O3磁性磨粒。

2.如权利要求1所述的超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法,其特征在于,所述低压流体指加工装置内的压力在0.05~2MPa。

3.如权利要求1或2所述的超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法,其特征在于,所述楔形流道的上顶面倾斜角度可调通过更换置于加工装置内的角度块零件实现,加工时低压磨粒流从左侧进入,右侧流出;加工过程中流体和磨粒与加工装置腔体或工件表面的摩擦碰撞会导致能量损失,引起流场内沿流动方向上的压力下降,进而导致磨粒对工件表面的剪切力下降;一组倾斜角位于大于0度和小于等于10度之间均匀增加的角度块零件,可以在大于0度和小于等于10度范围内均匀地改变楔形流道上顶面的倾斜角,实现流道截面积沿磨粒流动方向的逐渐缩小,弥补流场内沿流动方向上的压力下降,从而弥补工件表面沿流动方向上的剪切力下降,使工件表面的抛光力分布均匀,抛光后工件表面粗糙度分布均匀。

4.如权利要求1或2所述的超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法,其特征在于,所述磁场为施加于楔形流道内且垂直于工件表面的强度在0.01~1.00T区间内可调的均匀磁场,通过置于加工装置正下方的电磁铁生成,磁场强度由系统控制器调整,通过改变电磁铁线圈中的电流大小实现磁场强度的调节。

5.如权利要求1或2所述的超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法,其特征在于,所述加工系统中的泵发热和控制阀节流会导致加工回路内的磨粒流温度上升,而磨粒流温度上升会导致磨粒流粘度变化,造成工件表面抛光力变化,最终造成抛光质量下降;为避免磨粒流温度升高导致上述不良影响,在磨粒缸中安装水冷装置,通过系统控制器调节水冷装置的冷却水流量以维持磨粒流的温度在15~45℃范围内。

6.一种如权利要求1所述的超声空化和磁场辅助低压磨粒流抛光方法实现的装置,其特征在于,所述装置包括由压力表、加工装置、磨粒缸、泵、控制阀组成的低压磨粒流回路,所述装置还包括置于加工装置流道入口前的超声波发生器、置于加工装置下方的电磁铁、置于磨粒缸中的搅拌器和水冷装置以及系统控制器;所述搅拌器和水冷装置使磨粒流均匀且温度恒定,泵将磨粒流从磨粒缸吸出并送入管道,磨粒流经过控制阀和压力表后流入超声波发生器,再流入配备了电磁铁的加工装置中,最后通过管道回流到磨粒缸,整个加工过程通过系统控制器控制。

7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述加工装置包括端盖、密封圈、入口导流件、角度块、腔体、工件槽、工件盘和出口导流件,所述端盖通过螺钉固定在腔体上,所述入口导流件位于加工区域入口,出口导流件位于加工区域出口,所述加工区域内设有角度块和工件槽,所述角度块位于工件槽的上方,工件盘位于工件槽内。

8.如权利要求6或7所述的装置,其特征在于,所述楔形流道空间的上顶面倾斜角度可调通过更换置于加工装置内的角度块零件实现,角度块以滑块的形式滑入腔体中,并通过两侧导流件和端盖限制其水平位移;制作一组倾斜角位于大于0度和小于等于10度之间均匀增加的角度块零件,可以使楔形流道夹角在大于0度和小于等于10度范围内的均匀调整,实现楔形流道截面积沿流动方向的不同程度缩小,弥补流道内沿流动方向的压力损失,使工件表面剪切力分布均匀。