[发明专利]超声空化耦合水力空化高效分散磁流变抛光液循环装置

说明书

本发明提供一种超声空化耦合水力空化高效分散磁流变抛光液循环装置，属于磁流变抛光液的技术领域，包括水力空化罐、超声振动系统、磁流变抛光系统和泵传输系统；水力空化罐包括三段式罐体以及设置在三段式罐体罐口的罐盖；超声振动系统包括振动杆、变幅杆、压电换能器和超声波发生器；磁流变抛光系统包括抛光槽以及磁场发生装置；泵传输系统包括注液泵、抽液泵、两根注液管和两根抽液管。该装置能够在磁流变抛光过程中实现非磁性磨料和磁性颗粒的匀化和分散。

技术领域

本发明属于磁流变抛光领域，具体涉及一种超声空化耦合水力空化高效分散磁流变抛光液循环装置，特别适用于磁流变抛光液的持续循环更新。

背景技术

磁流变抛光液是磁流变抛光技术的关键环节，它是由磁性颗粒、非磁性磨料、基载液和少量添加剂组成的一种悬浮液，可以在强磁场下形成粘塑性的“小磨头”进行光整加工，广泛应用于光学元器件、智能手机外壳和复杂模芯等精密及超精密加工过程中。然而，磁流变抛光液循环过程中容易出现颗粒凝聚和沉降的现象，从而降低了磁流变抛光的加工效率和材料去除率，进而影响了被加工零件的表面质量，所以磁流变抛光液的持续更新对磁流变抛光技术非常重要。

目前，磁流变抛光液的液体循环装置主要是在化学分散法的基础上(如添加表面活性剂)，利用辅助搅拌的物理方式来匀化和分散磁流变抛光液的，以此来防止颗粒凝聚或延缓颗粒沉积。清华大学(专利授权号ZL201110456996.3)提出了用于公自转磁流变抛光中的液体循环装置，主要利用叶片搅拌器在磁流变抛光液循环过程中进行均匀搅拌。然而该方法属于纯机械搅拌，对磁流变抛光液所存在的颗粒凝聚和沉降问题的解决能力和适用范围都有限，并且机械搅拌功耗高、精度低，所以也很难对磁流变抛光液的液体循环系统进行准确、有效的控制。重庆仪表材料研究所(专利授权号ZL201596488U)提出了一种电磁搅拌装置，通过在储液罐的周围制造一圈辅助搅拌电磁场，从而防止颗粒沉降或使沉降颗粒再次恢复性能，但是该装置对磁性颗粒比较依赖，对非磁性磨料搅拌作用有限，因此也很难应用于磁流变抛光液的循环更新系统中。近年来，液体的空化效应在物理辅助搅拌技术中逐渐得到重视，产生如超声空化技术、水力空化技术等等。这主要是因为空化产生的微小气泡及其溃灭时释放的高温、高压和冲击波、微射流等现象能够将颗粒群轻易分散，从而达到分散和匀化颗粒的目的。通常，水力空化较易发生于管径急剧变化的管道和水力机械中，设备简单、效率高、成本低，但是水力空化的流体压力大、流速高，容易损伤和腐蚀毫米级及以下的颗粒，特别是极易破坏磁流变抛光液中的磁性颗粒，不好精确控制；而超声空化具有精度高、便于调节的优势，但是超声装置功率小、效率低、作用机理复杂，对毫米级的颗粒分散效果有限。

发明内容

为了解决现有磁流变抛光液所面临的颗粒凝聚和沉降稳定性调控难题，以期达到持续更新磁流变抛光液的目的，本发明提供了一种超声空化耦合水力空化高效分散磁流变抛光液循环装置，能够在磁流变抛光过程中实现非磁性磨料和磁性颗粒的匀化和分散。

为实现上述目的，本发明提供一种超声空化耦合水力空化高效分散磁流变抛光液循环装置，包括水力空化罐、超声振动系统、磁流变抛光系统和泵传输系统；水力空化罐包括三段式罐体以及设置在三段式罐体罐口的罐盖；三段式罐体包括具有罐口的左侧段、中间段和具有罐底的右侧段，左侧段和右侧段均为等直径筒状通道，中间段为曲线状通道，由收缩段、喉部和扩散段组成；所述曲线状通道沿轴线为流线型，曲线段函数选择余弦函数；

根据二维流体波动方程，以喉部中心点为原点建立坐标，求得中间段的曲线段函数为

，

其中，D为水力空化罐等直径筒状通道内壁直径，d为喉部最小内径，D/d选择5~9，以确保喉部发生水力空化；λ为超声波在磁流变抛光液中传播的波长；x为通道轴线的轴向坐标，0≤x≤nλ，n为大于或等于1的正整数，y为与x对应的通道半径；