一種超聲波輔助氣液固三相磨粒流拋光加工裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及軟性流體表面研磨拋光領域，更具體的說，涉及一種超聲波輔助氣液固三相磨粒流拋光加工裝置。
【背景技術】
[0002]在現代光電子學、計算機科學及薄膜科學等高新技術領域，需要在精密光學零件和功能晶體材料表面實現超光滑表面加工Ultrasmooth Surface Manufacturing,例如軟X射線光學系統、激光陀螺反射鏡、高密度波分復用器、高能激光反射鏡、功能光學器件、光學窗口、K9玻璃超精密加工等。
[0003]前期出現的液固兩相軟性磨粒流拋光加工是以磨粒流的湍流為理論依據，以磨粒之間的相互碰撞以及磨粒與壁面間的碰撞為基礎，對磨粒進行動力學分析，利用湍流流場中磨粒對壁面的切削作用，對工件的壁面粗糙處進行精密拋光加工。
[0004]氣液固三相磨粒流拋光加工方法是將微尺寸氣泡以一定的比例均勻混合進液固兩相磨粒流中形成的新型流體拋光介質，在加工工件上表面形成湍流流動，利用其中的氣泡潰滅產生的微爆炸機理推動磨粒更高效的切削工件表面，達到高效的對工件進行拋光的效果。
[0005]目前，氣液固三相磨粒流拋光加工所用的流道采用單入口、單出口的方式，流體從流道的入口流入，出口流出，最終回流至磨粒流儲存箱。按照三相磨粒流的加工原理，對工件進行加工的磨粒流在流道內必須形成湍流流動，湍流中，磨粒運動的隨機性有利于表面無序化，直至實現工件表面無工具鏡面級加工效果。基于前期的實驗狀況，簡單的單輸入輸出的加工流道存在以下缺點:①增壓泵的壓力或者流量較低的時候，增壓泵輸出的氣液固三相磨粒流的流速不能達到產生湍流的最小速度，導致磨粒流道內的磨粒流處于層流狀態，進而導致磨粒流內的微尺寸氣泡潰滅的概率很低，加工效果不明顯；②增壓泵輸出磨粒流的流速達到了在流道內形成湍流的最小速度，氣泡在湍流的擾動下可能潰滅，但是不能在靠近工件表面的區域以較高的概率潰滅，進而不能形成區域化的明顯加工效果，導致工件加工的效率不高。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于解決現有技術利用磨粒流對工件表面進行拋光時工件拋光效果不明顯的問題，提供一種超聲波輔助氣液固三相磨粒流拋光加工方法及裝置。
[0007]本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的:
[0008]一種超聲波輔助氣液固三相磨粒流拋光加工裝置，包括順向超聲波發生裝置、逆向超聲波發生裝置、三相磨粒流流道、流道蓋板、和底座，三相磨粒流流道固定在底座上，流道蓋板固定在三相磨粒流流道上，三相磨粒流流道的出口和入口處均設有螺紋管，三相磨粒流流道內設有安裝帶拋光工件的凹槽；
[0009]所述逆向超聲波發生裝置包括超聲波換能器、平面圓形活塞式發射頭、固定法蘭盤和密封連接盤，所述超聲波換能器連接平面圓形活塞式發射頭，所述平面圓形活塞式發射頭通過密封連接盤連接流道蓋板的一個傾斜側面，所述超聲波換能器通過平面圓形活塞式發射頭將超聲波發射進入三相磨粒流流道中，所述三相磨粒流流道內的氣液固三相磨粒流的流向與上述超聲波的方向相逆且呈60度夾角；所述超聲波換能器通過固定法蘭盤固定在底座上；
[0010]所述順向超聲波發生裝置結構與逆向超聲波發生裝置一致，順向超聲波發生裝置裝在流道蓋板的另外一個傾斜側面上，順向超聲波發生裝置與逆向超聲波發生裝置對稱分布且二者呈60度夾角。
[0011]進一步的，所固定法蘭盤通過夾具固定在底座上。
[0012]進一步的，所述密封連接盤和流道蓋板通過O型密封圈密封連接。
[0013]進一步的，所述超聲波換能器通過平面圓形活塞式發射頭發射出的的超聲波為頻率為20kHz的彈性機械振動波。上述超聲波在三相磨粒流介質中傳播過程中會對其中的固體或空化氣泡產生壓縮作用，空化氣泡在壓縮過程中可能會潰滅，其潰滅時會產生一種與三相磨粒流成一定角度的逆向微激波，使局部區域有著很大的壓強從而產生微觀爆炸作用。
[0014]進一步的，三相磨粒流是由液固二相磨粒流與微尺寸氣泡均勻混合形成的混合磨粒流體，所述微尺寸氣泡是直徑為I?100 μπι的空化氣泡，所述微尺寸氣泡通過微納米氣泡泵產生并均勻混合進入液固二相磨粒流中。
[0015]進一步的，所述固定法蘭盤包括母盤和子盤，子盤和超聲波換能器之間安裝有塑料墊片，母盤和超聲波換能器之間安裝有橡膠減震墊圈。通過塑料墊片和橡膠減震墊圈大幅度減少超聲波的傳遞損失，進而保證超聲波換能器輸出超聲波的完整性。
[0016]—種超聲波輔助氣液固三相磨粒流拋光加工方法，用于超聲波應用到氣液固三相磨粒流拋光加工中，包括如下步驟:將逆向超聲波發生裝置安裝在氣液固三相磨粒流方向相逆、且與氣液固三相磨粒流方向呈60度夾角的位置上，將順向超聲波發生器安裝在氣液固三相磨粒流方向相同、且與氣液固三相磨粒流方向呈60度夾角的位置上，利用逆向超聲波發生裝置和順向超聲波發生裝置分別產生逆向超聲波和順向超聲波，逆向超聲波和順向超聲波在含有微尺寸氣泡的氣液固三相磨粒流介質中對工件加工表面附近的微尺寸氣泡壓縮致使微尺寸氣泡潰滅，微尺寸氣泡潰滅時會產生一種與氣液固三相磨粒流方向相逆的逆向微激波，微激波使得氣液固三相磨粒流內局部區域產生很大的壓強從而產生微觀爆炸作用，并通過微觀爆炸作用產生垂直向下的分力對微尺寸氣泡周圍的磨粒產生向下加速推動作用，進而大幅度提高所述氣液固三相磨粒流與工件加工表面凸起峰的接觸幾率和作用力；同時圍觀爆炸作用產生的與氣液固三相磨粒流流向相逆的分力可以對磨粒起到相對阻滯作用，增加磨粒與工件加工表面的接觸作用時間。
[0017]進一步的，所述逆向超聲波和順向超聲波的功率和頻率通過外接電路和控制系統進行人為控制，進而可以人為控制氣液固三相磨粒流中的微尺寸氣泡的潰滅速率，提高微尺寸氣泡靠近工件加工表面處的潰滅幾率。進一步可以防止微尺寸氣泡潰滅產生的作用力過大或過小時使工件表面破壞或加工效率低下，從而提高微尺寸氣泡潰滅對加工的有益效果O
[0018]本實用新型的有益效果在于:
[0019]I將超聲波在流體介質中促進微尺寸氣泡潰滅進而產生微觀爆炸作用的效果應用到磨粒流拋光加工中，微觀爆炸作用效果產生的兩個分力，垂直分力用于提高磨粒與工件加工表面凸起峰的接觸幾率和作用力，逆向水平分力可以對磨粒形成相對阻滯作用，增加磨粒與工件的作用時間，大幅度提高磨粒流的拋光效率。
[0020]2本裝置采用的順向超聲波發生裝置和逆向超聲波發生裝置呈60度夾角對稱分布，分別從兩個方向向三相磨粒流流道內攝入頻率相同，功率不同的超聲波，在超聲波的交匯區疊加，使微尺寸氣泡大部分集中在工件加工表面附近潰滅，提高對工件的加工效果。
[0021]3利用氣液固三相磨粒流在拋光系統中反復對加工工件表面進行拋光加工，可以提高氣液固三相磨粒流的利用效率，并可以有效過濾加工殘留物以減少污水排放，實現清潔加工，節約能源，綠色環保。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型一種超聲波輔助氣液固三相磨粒流拋光加工方法的流程示意圖。
[0023]圖2是本實用新型一種超聲波輔助氣液固三相磨粒流拋光加工裝置的結構示意圖。
[0024]圖3是超聲波換能器變幅桿與固定法蘭盤裝配結構剖視圖。
[0025]圖4是三相磨粒流流道與平面圓形活塞式發射頭裝配結構剖視圖。
[0026]圖中，1-底座、2-三相磨粒流流道、3-夾具、4-子盤、5-下壓塊、6_壓電陶瓷元件、7-預緊力螺釘、8-上壓塊、9-電極元件、10-變幅桿、11-