[发明专利]基于微纳米气相和洛伦兹力的高精度均匀化抛光装置

权利要求书

1.一种基于微纳米气相和洛伦兹力的高精度均匀化抛光装置，其特征在于，所述高精度均匀化抛光装置包括由压力表、加工装置、磨粒缸、泵和控制阀组成的低压磨粒流回路，置于加工装置后方的电磁铁，置于磨粒缸中的搅拌器和水冷装置以及系统控制器，所述低压磨粒流回路设有微纳米气泡发生器；

所述高精度均匀化抛光通过低压磨粒流实现；所述低压磨粒流在角度可调的楔形流道内抛光工件；所述角度可调指楔形流道的顶面倾斜角度可调，通过加工装置内的角度调整机构实现；所述微纳米气相指磨粒流中的微小空化泡，由安装在加工装置流道入口前的微纳米气泡发生器产生，所述空化泡膨胀后瞬间闭合产生的冲击波能够提高磨粒流湍流强度；所述洛伦兹力为磁场对带电磨粒的作用力；所述磁场为置于加工装置后方的电磁铁所产生的平行于工件表面且垂直于磨粒流流动方向的强度可调均匀磁场，在所述磁场的作用下，流场中运动的带负电磨粒受到垂直指向工件表面的洛伦兹力作用，向工件表面运动；所述带负电磨粒为表面带负电荷的碳化硅磨粒；

所述加工装置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；通过改变调整螺钉的旋入深度，角度调整机构可以在0～10度范围内改变楔形流道的顶面倾斜角，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；

所述微纳米气相指磨粒流中的微小空化泡，由安装在加工装置流道入口前的微纳米气泡发生器产生，所述微纳米气泡发生器采用基于空气分散法的自吸式结构，当磨粒流从喷管喷射到喉管时，腔体内存在真空度，空气从进气口被吸入腔体，并溶解在磨粒流中；由于喷管射流和吸入空气的扰动，磨粒流在喉管内流动时的湍流强度增大，当磨粒流进入扩散管后，管道截面积增大，磨粒流压力下降，溶解在磨粒流中的空气析出，形成大量微小空化泡，这些空化泡膨胀后瞬间闭合，空化泡闭合瞬间产生的冲击波能够增强湍流程度，使磨粒的能量提高。

2.如权利要求1所述的基于微纳米气相和洛伦兹力的高精度均匀化抛光装置，其特征在于，所述加工装置包括端盖、腔体、工件槽和角度调整机构，所述腔体的两侧分别与端盖连接，所述工件槽和角度调整机构位于腔体内，所述角度调整机构由滑块、调整螺钉压盖、调整螺钉、水平块、销轴和调整板组成，所述调整板左侧通过销轴与滑块联接，调整板右侧通过销轴与水平块联接，调整螺钉经过滑块上的长形沉孔旋入水平块上的螺纹孔中，水平块由于与调整螺钉联接而始终保持水平，通过改变调整螺钉旋入水平块上螺纹孔的深度，可以实现水平块的纵向移动，从而带动调整板绕左侧销轴旋转。

3.如权利要求1或2所述的基于微纳米气相和洛伦兹力的高精度均匀化抛光装置，其特征在于，所述低压磨粒流指磨粒流的压力在0.05～2MPa。

4.如权利要求1或2所述的基于微纳米气相和洛伦兹力的高精度均匀化抛光装置，其特征在于，所述磁场是施加于楔形流道内的平行于工件表面且垂直于磨粒流流动方向的均匀磁场，通过置于加工装置后方的电磁铁生成，磁场强度在0.01～1.00T区间内可调，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；楔形流道内有平行于工件表面且垂直于磨粒流流动方向的均匀磁场，磁场强度为B，磁场方向垂直纸面向内，带负电磨粒在磁场中运动时受到垂直指向工件表面的洛伦兹力F作用，在平行工件表面向右流动的同时沿垂直指向工件表面的方向流动。

5.如权利要求1或2所述的基于微纳米气相和洛伦兹力的高精度均匀化抛光装置，其特征在于，所述带负电磨粒为表面带负电荷的碳化硅磨粒，碳化硅磨粒粒径0.2～2μm，在磨粒流中的质量分数介于5～15％，碳化硅磨粒表面带负电通过PH环境实现。

6.如权利要求5所述的基于微纳米气相和洛伦兹力的高精度均匀化抛光装置，其特征在于，所述PH环境是PH＝10的碱性，碳化硅磨粒在生产过程中无可避免地会被略微氧化，使碳化硅表面生成二氧化硅薄层，而二氧化硅与水反应生成的硅基醇会在碱性环境下结合水中的氢氧根，使碳化硅表面带负电。

7.如权利要求1或2所述的基于微纳米气相和洛伦兹力的高精度均匀化抛光装置，其特征在于，所述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的流温度在15～45℃范围内。