CN107030614B - 一种基于射流的表面微织构成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于射流的表面微织构成形方法。该方法包括以下步骤：将工件安装至工作台装置。将磨粒放置在工件的待加工面上。将移动装置向工件方向移动至预设位置。控制射流装置向所述移动装置输出预设压力的流体，流体从所述移动装置上的射流通道输出。磨粒限定在位于所述射流通道上的限位部，所述流体在所述磨粒与所述限位部之间形成隔膜且使磨粒旋转，使得所述磨粒磨削工件。所述移动装置运行预设时间后停止并脱离工件的加工面。它具有加工效率高，表面质量一致性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及精密加工技术领域，尤其是涉及一种基于射流的表面微织构成形方法。
背景技术
在一些精密配合的两个表面处具有微织构时，如纳米级或微米级的凹槽或凹坑等表面织构。在表面织构位置处存储有油脂、润滑液等，在滑动过程中会形成具有润滑的滑动薄膜。在不影响两者的精密配合时，表面处具有微织构的工件具有良好的润滑效果，且降低摩擦力。
然而，现有的微织构加工采用光刻加工，电解加工等，加工工艺复杂，成本高。因此，需要进行改进。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于射流的表面微织构成形方法。它具有加工效率高，可进行复杂面加工的特点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于射流的表面微织构成形方法，该方法包括以下步骤：
S101，将工件安装至工作台装置；
S102，将磨粒放置在工件的待加工面上；
S103，将移动装置向工件方向移动至预设位置；
S104，控制射流装置向所述移动装置输出预设压力的流体，流体从所述移动装置上的射流通道输出；
其中，磨粒限定在位于所述射流通道上的限位部，所述流体在所述磨粒与所述限位部之间形成隔膜且使磨粒旋转，使得所述磨粒磨削工件；
S105，所述移动装置运行预设时间后停止并脱离工件的加工面。
进一步，在流体从所述移动装置上的射流通道输出时，水循环***工作并回收流体。
进一步，所述流体的预设压力为10-30MPa，每个射流孔的流量为0.5-1.5L/min。
进一步，所述移动装置与待加工面的间距小于或等于磨粒直径的二分之一。
进一步，所述磨粒的动量计算公式为：
其中，m为磨粒质量；v为磨粒运动速度；σ为应力张量；ρ为密度；
∏ij为粘滞力；Wij为核函数；xi设为磨粒移动至i点的位置；xj设为磨粒移动至j点的位置。
进一步，所述磨粒的能量计算公式为：
其中，m为磨粒质量；v为磨粒运动速度；σ为应力张量；ρ为密度；∏ij为粘滞力；Wij为核函数；E(xi)为磨粒内部能量单元；Hi为热流系数；xi设为磨粒移动至i点的位置；xj设为磨粒移动至j点的位置。
进一步，所述移动装置包括导流板和安装至所述导流板上的磨削盘，所述导流板上设有与所述射流装置连接的若干导流孔，所述磨削盘上开设有若干射流孔，所述导流孔与所述射流孔导通形成射流通道，所述限位部设于所述射流孔的输出端。
进一步，所述导流板设有汇聚所述若干导流孔的混合空间，所述磨削盘封闭在所述混合空间的开口处，使所述射流孔与所述混合空间导通。
进一步，所述弹性装置包括第一安装板、连接所述移动装置的导柱组件、及安装在导柱组件上的弹性元件，所述弹性元件弹性推抵在所述第一安装板与所述移动装置上。
进一步，所述射流装置包括水箱、连接至水箱的进水管及位于进水管上的增压泵，所述进水管连接至所述移动装置。。
采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：
在移动装置上的射流通道中设置限位部，通过限位部来限定磨粒的位置，使磨粒能均匀分布在移动装置上以在工件的表面上加工形成微织构，加工效率高。射流作用在磨粒上，使得磨粒能与限位部之间形成隔膜，提高移动装置的使用寿命。射流能驱动磨粒在限位部中旋转，使磨粒的磨损更加均匀，提高磨粒的使用寿命和磨削效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的主视结构示意图。
图2是本发明中水循环***的结构示意图。
图3是本发明中导流板与磨削盘处剖面的放大结构示意图。
图4是本发明中磨削盘上限位部处的放大结构示意图。
图中：移动装置10；导流板11；导流孔111；混合空间112；磨削盘12；限位部121；射流孔122；第一安装板13；射流装置20；水箱21；进水管22；增压泵23；工作台装置30；横向移动机构31；纵向移动机构32；弹性装置40；导柱组件41；导向杆411；限位件412；机架50；导向柱51；第二安装板52；伸缩装置60；工件70；磨粒80；水循环***90；过滤板91；回水管92。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
实施例，一种基于射流的表面微织构成形方法，该方法包括以下步骤：
步骤S101，将工件70安装至工作台装置30。
步骤S102，将磨粒80放置在工件70的待加工面上。磨粒80可以通过待加工工件70进行选择磨粒80的直径和种类。
步骤S103，将移动装置10向工件70方向移动至预设位置。机架50上的伸缩装置60带动移动装置10移动，使得移动装置10与工件70的待加工面之间形成间隙，该间隙为两者的平均值。可选地，移动装置10与待加工面的间距小于或等于磨粒80直径的二分之一。在执行步骤S103时，工作台装置30带动工件70移动并调整至预设的加工位置。
步骤S104，控制射流装置20向移动装置10输出预设压力的流体，流体从移动装置10上的射流通道输出。其中，流体的预设压力为10-30MPa，比如，流体的压力为10、15、20、25或30MPa。每个射流孔的流量为0.5-1.5L/min。
如图1和图4所示，磨粒80限定在位于射流通道上的限位部121，流体在磨粒80与限位部121之间形成隔膜且使磨粒80旋转，使得磨粒80磨削工件70。
步骤S105，所述移动装置10运行预设时间后停止并脱离工件70的加工面。在运行预设时间，如1分钟，磨粒80会在工件的加工表面上加工出微织构，磨粒80加工效率高。
射流作用在微粒80上使微粒80具有动能和能量。微粒80可旋转并磨削工件70。
其中，磨粒80的动量计算公式为：
磨粒80的能量计算公式为：
其中，m为磨粒质量；v为磨粒运动速度；σ为应力张量；ρ为密度；∏ij为粘滞力；Wij为核函数；E(xi)为磨粒内部能量单元；Hi为热流系数；xi设为磨粒移动至i点的位置；xj设为磨粒移动至j点的位置。
移动装置10沿支架直线至靠近工件的待加工面附近，工作台装置30带动工件70移动，使磨料80处于预设的加工位置，磨粒80能均匀加工工件70的待加工面，加工效率高。射流作用在磨粒80上，在磨粒80与限位部121的内壁之间形成隔膜，在移动装置10驱动磨粒80抛光磨削工件70表面时，磨粒80不会直接作用在限位部121上，可以延长移动装置10的使用寿命。射流作用在磨粒80上使磨粒80具有向下的作用力，磨粒80在移动装置10的作用下限定在预设位置进行加工时，还可以进行旋转运行。通过射流驱动磨粒80旋转，使得磨粒80在加工工件70表面的微织构过程中，磨粒80自身的损耗均匀，延长磨粒80的磨削寿命。同时，射流可以及时冲洗工件70表面的磨屑和损耗的磨粒80，避免工件70表面可能受到的磨屑或损耗磨粒80的伤害。通过射流作用在限定于限位部121处的磨粒80，磨粒80分布均匀，使得移动装置10能均匀磨削工件70，磨削效果稳定，加工效率高。
在运行步骤S103和步骤S104至预设时间后，移动装置10在伸缩装置60的带动下，移动装置10远离工件70的加工面表面。射流装置20可停止运行，或者改变输出压力和输出的流体，如输出低压的除锈剂、防锈剂和光亮剂等液体，使之对工件进行保护处理。
当磨粒80加工工件70并损耗后，磨粒的直径小于当前所处限位部121与工件70之间的间隙后，磨粒80会在流体作用下从限位部121中脱离，新的磨粒80会进入到限位部121中并继续磨削工件70，并依次循环，直至工件70加工完毕。
见图3和图4所示：在一实施方式中，移动装置10包括导流板11和安装至导流板11上的磨削盘12。导流板11上设有与射流装置20连接的若干导流孔111，磨削盘12上开设有若干射流孔122，导流孔111与射流孔122导通形成射流通道，限位部121设于射流孔122的输出端。进一步的，导流板11设有汇聚若干导流孔111的混合空间112，磨削盘12封闭在混合空间112的开口处，使射流孔122与混合空间112导通。通过设置磨削盘12的表面与工件70的待加工面匹配，可以使移动装置10在复杂表面加工处微织构。
混合空间112自导流板11的一侧空间向下凹陷形成，磨削盘12封堵住混合空间112的开口，使射流装置20输入的流体填充在混合空间112后沿射流孔122均匀输出。作为优选，导流孔111均匀分布在导流板11上，使得射流装置20输入到导流空间的流体均匀，继而使得自射流孔122中输出的流体压力均匀。
通过设置导流板11可以方便移动装置10与射流装置20的连接，射流孔122的数量多于导流孔111的数量，导流板11可进一步调节射流孔122输出流体的压力和均匀度，提高射流效果。磨削盘12容易磨损，可通过紧固连接的方式固定在导流板11上，能在磨损后及时更换，降低设备的成本，提高加工精度。
限位部121自磨削盘12的表面沿射流孔122凹陷形成，限位部121的直径自与射流孔122的相交处向磨削盘12的表面方向逐渐增大，其中，限位部121呈锥面形或弧面形凹陷。磨粒80限定在限位部121中，射流作用在磨粒80上并沿限位部121的表面流出。
见图1所示：设备还包括安装在机架50上的弹性装置40，弹性装置40用以弹性推抵在移动装置10上，使得移动装置10沿弹性装置40方向弹性伸缩。在一实施方式中，弹性装置40包括第一安装板14、连接移动装置10的导柱组件41、及安装在导柱组件41上的弹性元件。弹性元件弹性推抵在第一安装板14与移动装置10上。
在机架50上安装有导向柱51，第一安装板14滑设于导向柱51上。导柱组件41包括导向杆411和安装在导向杆411上的限位件412。导向杆411的一端固定在移动装置10上，另一端贯穿第一安装板14并安装限位件412。在导向柱51上还滑设安装有第二安装板52，弹性装置40安装且弹性抵接在第二安装板52的一侧，移动装置10安装至第二安装板52的另一侧。在机架50上安装有伸缩装置60，该伸缩装置60用以驱动第一安装板14沿导向柱51移动，使得移动装置10向工件70方向移动。伸缩装置60可采用液压缸或气缸等结构。
在移动装置10受到冲击或者上下运动时，移动装置10可克服弹性元件的弹性力，并沿导向杆411的轴线方向移动，使移动装置10在受到冲击时，具有保护作用。同时，在移动装置10运动时，还能进行微量的伸缩运动，使移动装置10加工工件70时，磨削效果更好。
见图1所示：工作台装置30包括沿水平方向移动的横向移动机构31和沿水平方向移动的纵向移动机构32，横向移动机构31与纵向移动机构32相互垂直，横向移动机构31与纵向移动机构32用以固定工件70并带动工件70在水平方向上移动。配合移动装置10的沿竖直方向的直线运动，多运动方向的配合，能在工件70的预设位置形成微织构，加工效率高。其中，移动装置10、工作台装置30及工件70均处于一工作腔内。
见图2所示：射流装置20包括水箱21、连接至水箱21的进水管22及位于进水管22上的增压泵23，进水管22连接至移动装置10。该设备还包括水循环***90，水循环***90包括安装在机架上的过滤板91及连接至水箱21的回水管92，过滤板91位于回水管92的另一端。通过射流装置20驱动磨粒80加工工件70表面，通过水循环***90对流体进行回收，循环利用，节约资源，降低成本。增压泵23用以调节和控制流体的输出压力，调节方便。
该水射流精密磨削设备还包括磨粒循环***以及水-磨粒分离装置、磨削切屑去除装置。水经多次过滤后可以循环使用，磨粒经分筛后，同样目数的磨粒收集后也可以继续使用，大大节省资源，减少浪费。
射流的装置目前已广泛使用，其它结构和原理与现有技术相同，这里不再赘述。
Claims (7)
1.一种基于射流的表面微织构成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S101，将工件安装至工作台装置；
S102，将磨粒推送到工件的待加工面上；
S103，将移动装置向工件方向移动至预设位置；
S104，控制射流装置向所述移动装置输出预设压力的流体，流体从所述移动装置上的射流通道输出；
其中，磨粒限定在位于所述射流通道上的限位部，所述流体在所述磨粒与所述限位部之间形成隔膜且使磨粒旋转，使得所述磨粒磨削工件；所述移动装置包括导流板和安装至所述导流板上的磨削盘，所述导流板上设有与所述射流装置连接的若干导流孔，所述磨削盘上开设有若干射流孔，所述导流孔与所述射流孔导通形成射流通道，所述限位部设于所述射流孔的输出端；所述导流板设有汇聚所述若干导流孔的混合空间，所述磨削盘封闭在所述混合空间的开口处，使所述射流孔与所述混合空间导通；
S105，所述移动装置运行预设时间后停止并脱离工件的加工面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在流体从所述移动装置上的射流通道输出时，水循环***工作并回收流体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体的预设压力为10-30MPa，每个射流孔的流量为0.5-1.5L/min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动装置与待加工面的间距小于或等于磨粒直径的二分之一。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨粒的动量计算公式为：
其中，m为磨粒质量；v为磨粒运动速度；σ为应力张量；ρ为密度；
∏ij为粘滞力；Wij为核函数；xi设为磨粒移动至i点的位置；xj设为磨粒移动至j点的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨粒的能量计算公式为：
其中，m为磨粒质量；v为磨粒运动速度；σ为应力张量；ρ为密度；
∏ij为粘滞力；Wij为核函数；E(xi)为磨粒内部能量单元；Hi为热流系数；xi设为磨粒移动至i点的位置；xj设为磨粒移动至j点的位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射流装置包括水箱、连接至水箱的进水管及位于进水管上的增压泵，所述进水管连接至所述移动装置。
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