[实用新型]基于磨粒动态冲击效应的微流体通道加工装置

说明书

技术领域

本实用新型属于特种加工技术装置，涉及一种微流体通道加工装置。

背景技术

以微通道网络为结构特征的微流体技术是使用微流控芯片来控制和利用流体，实现在微米尺度上与微电子、光学、能源、生物医学等领域相结合的一种新兴技术，而微流控芯片中高宽深比微通道的加工质量将影响微流体流动过程中粘度、雷诺数等流体性质，进而影响微流控芯片在应用中的性能和稳定性。微流控芯片目前已经实现了商业化的生产，但其技术水平远不及“摩尔定律”所预测的半导体发展的速度，其中阻碍微流体技术发展的主要瓶颈是制造加工和应用的问题。常用的微流控芯片以硅、石英、玻璃和陶瓷等硬脆材料为主，它们具有硬度高、脆性大、对加工热影响敏感等特性，这对其微细加工提出了更高的要求。

随着磨粒直径、射流压力和射流束直径的减小，传统的微流体加工方法射流动能向磨粒动能转化的效率迅速降低，致使微细磨料水射流的加工能力受到很大的减弱，同时低压射流在工件表面形成的射流滞止区对磨粒运动的影响也很明显。

发明内容

为了克服已有微流体通道加工方式的加工效率较低的不足,本实用新型提供了一种有效提升加工效率的基于磨粒动态冲击效应的微流体通道加工装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于磨粒动态冲击效应的微流体通道加工装置，包括气驱增压泵、调压阀、压力容器、气囊、喷嘴和超声振动蓄能器，所述气驱增压泵设有水流进口，所述气驱增压泵的出口通过调压阀与所述压力容器的进口连接，所述气囊为用于放置按设定比例混合好的磨料浆体的气囊，所述气囊的出料口与所述压力容器的出料管一端相接，所述出料管的另一端设置所述喷嘴，所述喷嘴位于工作台的加工工位上方，所述工作台位于所述超声振动蓄能器的动端。

进一步，所述压力容器的进口处设有第一电子开关阀，所述出料管上设有第二电子开关阀。

本实用新型中，水流经过气驱增压泵加压之后，挤压按一定比例混合好的磨料浆体并通过喷嘴喷出，形成高速微细磨料水射流，冲蚀被加工工件，依靠磨粒与工件的高速碰撞达到材料去除的目的。这种前混合式的供料方式可以保证加工过程中磨料浆体的浓度不随时间改变，同时提高了磨料的利用率。被加工工件固定在工作平台上，实现沿竖直方向的振动，超声振动蓄能器安装在工作台的下端，为工作台的上下振动提供动力，喷嘴被加持在三维运动平台上可以实现不同工艺参数(包括射流角度和喷嘴移动速度)下的加工要求。

本实用新型的有益效果主要表现在：采用前混合式的供料方式可以保证加工过程中磨料浓度不随时间改变，同时可以提供磨料的利用率；引入超声蓄能器为加工过程提供第二动力源，使加工工件加工过程中产生振动场，并与水射流场耦合，从而影响射流滞止区内冲击磨粒的分布和运动轨迹来提高加工质量，同时可以通过磨粒的动态冲击效应来增强微细磨料水射流的加工能力。

附图说明

图1是基于磨粒动态冲击效应的微流体通道加工装置的示意图。

其中，1、水流；2、气驱增压泵；3、调压阀；4、第一电子开关阀；5、压力容器；6、磨料浆体；7、气囊；8、第二电子开关阀；9、喷嘴；10、待加工工件；11、工作台；12、超声蓄能器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1，一种基于磨粒动态冲击效应的微流体通道加工装置，包括气驱增压泵2、调压阀3、压力容器5、气囊7、喷嘴9和超声蓄能器12，水流1通过气驱增压泵2进口进入泵体，气驱增压泵2采用空气驱动方式，来提高水压。经过增压后的水流1从气驱增压泵2的出口流出，通过调压阀3与压力容器5连接，管路中间设有电动开关阀Ⅰ4。调压阀3位于气驱增压泵2和压力容器5的管路上，用来调节水压，压力容器5是密闭的，并可以承受高压。压力容器5内部有一个气囊7，气囊7采用高防水性、高耐磨性、高弹塑性变形的高分子材料制成。气囊7里储存有事先均匀混合的磨料浆体6，经过气驱增压泵的高压水流进入压力容器，挤压气囊从而使气囊内磨料浆体流出。气囊7通过管路与容器外部的喷嘴9相连接，可以根据加工效果调节喷嘴与工件的夹角，管路中间设有电子开关阀8，待加工工件10放在工作台11，超声振动蓄能器12安装在工作台的下方，通过相应的管路为工作台11提供振动源。第一电子开关阀4和第二电子开关阀8控制磨料浆体6的通断，压力阀3控制水流1的压力从而控制过程所形成的微细磨料水射流从喷嘴9喷出的速度。

加工时，启动气驱增压泵2和第一电子开关阀4，高压水流1随后被输送到高压容器5，逐渐充满高压容器5，高压水流1开始挤压气囊7。此时，由于第二电子开关阀8尚未开启，所以磨料浆体6不会被喷出。旋转调压器3，调整高压容器5的水压以满足加工要求。随后，开启电子开关阀8，气囊7在受到挤压后，迫使磨料浆体6进入喷嘴9，以一定的速度喷射碰到工件10上，使工件10得到加工，与此同时超声振动蓄能器12持续使工作台振动。