本技术涉及一种环保、无毒的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及其应用的抛光装置和方法。该抛光液为非牛顿流体,含有0.1-3μm直径的氧化铝或氧化铈磨粒,具备剪切增稠特性。装置由抛光搅拌盘、抛光池、零件工作台和升降工作台组成。本发明的抛光液制备简便,成本低廉,且具有绿色环保优势。
背景技术
一直以来,科学技术都是推动世界经济增长的关键因素,近年来随着科学技术的不断创新提高,市场所面临的竞争也更加剧烈。尤其是产品设计研发的速度和产品的最终性能越来越受到社会的关注,更快的将产品完成设计研发并投入市场往往能够先一步占领先机。在航空航天、生物、天文、机械零部件等领域,越来越多的关键部件采用复杂曲面设计或者是多孔深内壁结构,以此来获得更好的性能并减少加工环节压缩制造时间,随之带来的就是复杂曲面的后处理问题,尤其是具有内孔结构的复杂曲面石英零部件,其抛光后处理环节一直是一个耗时且废品率极高的环节。传统的化学机械抛光多针对平面,将抛光垫粘于转盘上,将待抛光零件粘至抛光盘底部并在上方加压,实现化学机械抛光,这种抛光方式明显不适用于复杂曲面零件,尤其是具有一定孔结构的复杂曲面零件。而非牛顿流体抛光基于自身的剪切增稠的特性,在一定的工件相对位置时,能够不限制于待抛光零件的表面形状而贴合在零件表面实现抛光,成为了一种重要的复杂曲面零件化学机械抛光方法。
湖南大学的李敏等提出一种基于非牛顿幂律流体剪切增稠效应的新型抛光方法—剪切增稠抛光。抛光过程中,抛光液与零件形成相对运动,当抛光液与零件间的剪切应变率超过临界值时,加工区域抛光液黏度急剧上升,并形成贴合零件表面的“柔性固着磨具”。加工区域固相颗粒形成粒子簇,将磨粒包裹在其中,并对其施加作用力,使其对零件表面进行微切削。专利CN105033833公开了一种基于非牛顿流体剪切增稠机理的孔内壁抛光方法,包括抛光池、抛光液循环系统、抛光工具和零件夹具。零件的自转以及抛光工具匀速上下移动可以保证孔内壁抛光后具有良好的形状精度。抛光液循环系统的设置可以使工作中发热、增稠的拋光液尽快恢复常温流体状态,并通过泵的作用,使其重新输入到抛光池进行循环抛光使用,从而可以实现对零件孔内壁持续高效高质量抛光。然而,这些研究和方法仍具有体积大、环节多、设备强度要求高、外部动力源多等缺点。
针对传统的非牛顿流体抛光方法的不足之处,本发明在从结构上对非牛顿流体剪切增稠机理的孔内壁抛光装置进行进了一步的精简和创造,从方法上基于非牛顿流体的爬杆效应(Weissenberg效应)设计了“螺杆+待抛光零件”的抛光组合,实现抛光液由被动撞击抛光到主动吸取的覆盖被加工零件全身各个孔洞缝隙的抛光的转变,实现了新式非牛顿流体抛光液的“自吸”爬杆式化学机械抛光。
实现思路