一种基于剪切增稠效应的抛光系统及其工艺方法

1.本发明属于高精密加工领域，具体涉及一种基于剪切增稠效应的抛光系统及其工艺方法。

背景技术：

2.如何实现目标工件的高效、高精度、可控的曲面抛光是目前精密与超精密加工领域的研究重点。在传统抛光工艺过程中，由于抛光液在边界处存在剪切带，使得工件附近分布的磨粒较少，减小磨粒与工件相互作用机率，降低了抛光效率。
3.剪切增稠效应，也称为胀流性，是指体系粘度随着剪切速率或剪切应力的增加展现出数量级增加的非牛顿流体行为。剪切增稠液体在高速冲击下，表观粘度发生巨大变化,甚至由液相转变为固相；冲击撤除后，又迅速从固相转变为液相。
4.为此，本发明提出一种基于剪切增稠效应的抛光系统整体结构，实现高效、高质量的抛光。

技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明结构的目的在于提供一种基于剪切增稠效应的抛光系统及其工艺方法，以实现在抛光过程中，通过曲柄连杆机构对抛光液提供振动频率和振幅可控的振动，达到剪切增稠效应，实现对工件高效可控的振动精密抛光。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于剪切增稠效应的抛光系统，包括工作台以及设置在工作台上的控制台、移动调节机构、抛光装置，所述移动调节机构包括导轨固定块、丝杆导轨、曲柄连杆机构以及延伸梁，导轨固定块垂直固定在工作台上，丝杆导轨固定在导轨固定块侧面上，延伸梁垂直设置在丝杆导轨上，曲柄连杆机构固定在延伸梁上，曲柄连杆机构的下方安装有振动头，振动头在移动调节机构的作用下，实现纵向和横向方向的定位移动，振动头位于抛光装置的抛光盘内，抛光盘内用于盛放抛光液，样品位于振动头的下方，在抛光装置及移动调节机构的作用下，抛光液发生剪切增稠效应，实现高效抛光。
7.进一步的，所述抛光系统中控制台控制整套抛光系统，抛光工作台承载着整个抛光系统结构，控制台根据系统要求通过plc控制，实现多维度抛光，使实验能够达到最好效果。
8.进一步的，所述丝杆导轨、曲柄连杆机构、延伸梁、振动头组合形成抛光实验中纵向振动功能，便于实现抛光参数设定以及实验效果。
9.进一步的，通过丝杆导轨实现曲柄连杆机构、延伸梁、振动头上下移动，通过延伸梁实现曲柄连杆机构左右移动，适用于多种工况下的实验，有利于抛光实验的进行，使得抛光区域能够高效抛光。
10.进一步的，所述振动头为平面型、内凹型、外包型，使用多种表现形状进行实验，使抛光液中的力链在样品抛光区域断裂，达到最好的抛光效果。
11.进一步的，所述抛光装置还包括抛光装置保护壳，所述抛光装置保护壳设置在第一电机外侧，保护圆形抛光盘与第一电机，其中圆形抛光盘由第一电机带动旋转，进一步的，所述抛光盘为圆形抛光盘，圆形抛光盘与第一电机连接，在第一电机作用下带动圆形抛光盘旋转，样品置于圆形抛光盘中，实验时根据需求采用不同转速进行实验，有利于实现高效、高质量的抛光。
12.进一步的，所述抛光盘为方形抛光盘，方形抛光盘与直线导轨组成抛光底座，直线导轨上设置有第二电机，控制台通过第二电机控制方形抛光盘在直线导轨上移动，完成抛光。
13.本发明还提出了一种如上所述的基于剪切增稠效应的抛光系统的工艺方法，包括如下步骤：（1）通过控制台控制移动调节机构将振动头定位在抛光盘中合适位置；（2）将样品固定设置在振动头下方，固定好样品后，往抛光盘中缓慢注入已配置好的抛光液；（3）通过控制台设定具体的抛光实验参数，并通过移动调节机构调节振动头靠近样品；（4）运行抛光装置，利用电机带动抛光盘转动，抛光液在移动调节机构和抛光装置的共同作用下，使得抛光液产生剪切增稠效应，在抛光过程中，通过曲柄连杆机构对抛光区域抛光液提供振动频率和振幅可控的振动同时，利用抛光液发生的剪切增稠效应，实现高效可控的振动精密抛光。
14.进一步的，所述抛光液是磨粒与分散介质组成的颗粒悬浮体系，在外力驱动下发生剪切增稠效应，使得内部磨粒与工件相互作用，完成抛光。
15.进一步的，所述方形抛光盘与直线导轨组成抛光底座，与圆形抛光盘、第一电机、抛光装置保护壳组合实现优势互补，实验前可以根据不同工况使用不同组合，达到实验需求。
16.本发明的有益效果：设计巧妙，结构合理，使用方便，应用本次剪切增稠效应的抛光系统，以实现在抛光过程中，通过曲柄连杆机构对抛光液提供振动频率和振幅可控的振动，达到剪切增稠效应，实现高效可控的振动精密抛光。
17.附图说明
18.图1为本发明的剪切增稠效应的抛光系统示意图-1；图2为本发明的剪切增稠效应的抛光系统示意图-2；图中：1、控制台；2、导轨固定块；3、丝杆导轨；4、曲柄连杆机构；5、延伸梁；6、振动头；7、样品；8、圆形抛光盘；9、第二电机；10、抛光装置保护壳；11、方形抛光盘；12、直线导轨；13、工作台。
19.图3为本发明的剪切增稠效应抛光方式中曲柄连杆机构上适合不同工况下的多种表面形状振动头结构示意图，有外包型振动头和内凹型振动头以及平面型振动头。
20.具体实施方式
21.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1-2所示，一种基于剪切增稠效应的抛光系统，括工作台13以及设置在工作台13上的控制台1、移动调节机构、抛光装置，所述移动调节机构包括导轨固定块2、丝杆导轨3、曲柄连杆机构4以及延伸梁5，导轨固定块2垂直固定在工作台13上，丝杆导轨3固定在导轨固定块2侧面上，延伸梁5垂直设置在丝杆导轨3上，曲柄连杆机构4固定在延伸梁5上，曲柄连杆机构4的下方安装有振动头6，振动头6在移动调节机构的作用下，实现纵向和横向方向的定位移动，振动头6位于抛光装置的抛光盘内，抛光盘内用于盛放抛光液，样品7位于振动头6的下方，在抛光装置及移动调节机构的作用下，抛光液发生剪切增稠效应，实现高效抛光。
23.所述抛光系统中控制台1控制整套抛光系统，抛光工作台13承载着整个抛光系统结构，控制台1根据系统要求通过plc控制可以实现多维度抛光，使实验能够达到最好效果。
24.所述丝杆导轨3、曲柄连杆机构4延伸梁5、振动头6组合形成抛光实验中纵向振动功能，通过丝杆导轨3实现曲柄连杆机构4、延伸梁5、振动头6上下移动，通过延伸梁5实现曲柄连杆机构4左右移动，有利于抛光实验的进行，使得抛光区域能够高效抛光。
25.所述振动头6使用多种表现形状进行实验，包括平面型、内凹型、外包型，为了能让抛光液中的力链在样品抛光区域断裂，达到最好的抛光效果。
26.所述抛光装置保护壳10保护圆形抛光盘8与第一电机（图中未画出），其中圆形抛光盘8由第一电机带动旋转，第一电机设置在圆形抛光盘8的下方，样品7置于圆形抛光盘8中，实验时根据需求采用不同转速进行实验，有利于实现高效、高质量的抛光，与之对比的是方形抛光盘11与直线导轨12组成抛光底座，与圆形抛光盘8、第一电机、抛光装置保护壳10组合实现优势互补，实验前可以根据不同工况使用不同组合，达到实验需求。直线导轨12上设有第二电机9，控制台1通过第二电机9控制方形抛光盘11在直线导轨12上移动，完成抛光。
27.本发明的抛光液是磨粒与分散介质组成的颗粒悬浮体系，在外力驱动下内部磨粒与工件相互作用，可以去除损伤层、降低表面粗糙度，实现零件的精密加工。
28.本发明在抛光过程中，通过曲柄连杆机构对抛光液的振动，使得抛光液受到剪切作用发生剪切增稠现象，在一定的外力作用下，接触区域抛光液的粘度急剧增大，瞬间呈现固体特性，从而可以有效的消除剪切带，提高磨粒与工件之间的把持力，从而提高抛光效率。同时，剪切增稠效应在剪切、冲击、动态挤压等条件下均会形成力链网状结构，可以通过改变振幅和频率控制这种力链结构的柔度。本发明通过改变曲柄连杆机构振幅和频率，调节抛光液和工件间的把持力，优化工艺，实现保证加工精度下加工效率的最大化。
29.剪切增稠效应在一定条件下发生液-固转换，其具有瞬时性、可控性、可逆性等特点，常态下液体的流动性使抛光液完整的覆盖在曲面工件上，固态时磨粒形成力链网，实现
无缝隙的曲面抛光，因而其在曲面抛光领域具有广阔的应用前景。
30.本发明的基于剪切增稠效应的抛光系统的工艺方法，具体如下：当抛光实验开始前，打开抛光系统中的控制台1，控制丝杆导轨3升降延伸梁5，延伸梁5带动曲柄连杆机构4移动，留出足够空间放置实验样品7，完成步骤后将抛光样品7通过夹具或者粘结的方式固定在圆形抛光盘8（或方形抛光盘11）上，当样品固定后，缓慢注入已配置好的抛光液，当圆形抛光盘8（或方形抛光盘11）中有足够的抛光液后，继续操作控制台1，设定具体抛光实验参数数值，利用丝杆导轨3与延伸梁5将曲柄连杆机构4缓慢移动到距离抛光工件表面设定距离处，使得振动头6能够贴近样品7，由于需要对抛光工件进行振荡剪切抛光，开始运行抛光装置，利用第一电机带动圆形抛光盘8转动（或第二电机9带动方形抛光盘11移动振动），使得抛光液产生剪切增稠效应，以实现在抛光过程中，通过曲柄连杆机构4对抛光区域抛光液提供振动频率和振幅可控的振动同时，利用抛光液发生的剪切增稠效应，实现高效可控的振动精密抛光，从而达到了设计目的。

技术特征：

1.一种基于剪切增稠效应的抛光系统，其特征在于，包括工作台（13）以及设置在工作台（13）上的控制台（1）、移动调节机构、抛光装置，所述移动调节机构包括导轨固定块（2）、丝杆导轨（3）、曲柄连杆机构（4）以及延伸梁（5），导轨固定块（2）垂直固定在工作台（13）上，丝杆导轨（3）固定在导轨固定块（2）侧面上，延伸梁（5）垂直设置在丝杆导轨（3）上，曲柄连杆机构（4）固定在延伸梁（5）上，曲柄连杆机构（4）的下方安装有振动头（6），振动头（6）在移动调节机构的作用下，实现纵向和横向方向的定位移动，振动头（6）位于抛光装置的抛光盘内，抛光盘内用于盛放抛光液，样品（7）位于振动头（6）的下方，在抛光装置及移动调节机构的作用下，抛光液发生剪切增稠效应，实现高效抛光。2.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠效应的抛光系统，其特征在于，所述抛光系统中控制台（1）控制整套抛光系统，工作台（13）承载着整个抛光系统结构，控制台（1）根据系统要求通过plc控制，实现多维度抛光，使实验能够达到最好效果。3.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠效应的抛光系统，其特征在于，所述丝杆导轨（3）、曲柄连杆机构（4）、延伸梁（5）、振动头（6）组合形成抛光实验中纵向振动功能，便于实现抛光参数设定以及实验效果。4.根据权利要求3所述的一种基于剪切增稠效应的抛光系统，其特征在于，通过丝杆导轨（3）实现曲柄连杆机构（4）、延伸梁（5）、振动头（6）上下移动，通过延伸梁（5）实现曲柄连杆机构（4）左右移动，适用于多种工况下的实验，有利于抛光实验的进行，使得抛光区域能够高效抛光。5.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠效应的抛光系统，其特征在于，所述振动头（6）为平面型、内凹型、外包型结构。6.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠效应的抛光系统，其特征在于，所述抛光装置包括抛光装置保护壳（10）、抛光盘以及第一电机，所述抛光盘下方与第一电机相连，抛光装置保护壳（10）设置在第一电机外侧，保护抛光盘与第一电机。7.根据权利要求6所述的一种基于剪切增稠效应的抛光系统，其特征在于，所述抛光盘为圆形抛光盘（8），圆形抛光盘（8）与第一电机连接，在第一电机作用下带动圆形抛光盘（8）旋转，样品（7）置于圆形抛光盘（8）中，实验时根据需求采用不同转速进行实验，有利于实现高效、高质量的抛光。8.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠效应的抛光系统，其特征在于，所述抛光盘为方形抛光盘（11），方形抛光盘（11）与直线导轨（12）组成抛光底座，直线导轨（12）上设置有第二电机（9），控制台（1）通过第二电机（9）控制方形抛光盘（11）在直线导轨（12）上移动，完成抛光。9.一种如权利要求1-7任意一项所述的基于剪切增稠效应的抛光系统的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）通过控制台（1）控制移动调节机构将振动头（6）定位在抛光盘中合适位置；（2）将样品（7）固定设置在振动头（6）下方，固定好样品后，往抛光盘中缓慢注入已配置好的抛光液；（3）通过控制台（1）设定具体的抛光实验参数，并通过移动调节机构调节振动头（6）靠近样品（7）；（4）运行抛光装置，利用电机带动抛光盘转动，抛光液在移动调节机构和抛光装置的共
同作用下，产生剪切增稠效应，在抛光过程中，通过曲柄连杆机构（4）对抛光区域抛光液提供振动频率和振幅可控的振动同时，利用抛光液发生的剪切增稠效应，实现高效可控的振动精密抛光。10.根据权利要求9所述的一种基于剪切增稠效应的抛光系统的工艺方法，其特征在于，所述抛光液是磨粒与分散介质组成的颗粒悬浮体系，在外力驱动下发生剪切增稠效应，使得内部磨粒与工件相互作用，完成抛光。

技术总结

本发明公开一种基于剪切增稠效应的抛光系统及其工艺方法，所述系统包括工作台、控制台、移动调节机构、抛光装置，移动调节机构包括相互组装固定的导轨固定块、丝杆导轨、曲柄连杆机构以及延伸梁，曲柄连杆机构的下方安装有振动头，振动头在移动调节机构的作用下，实现纵向和横向方向的定位移动，振动头位于抛光装置的抛光盘内，抛光盘内用于盛放抛光液，样品位于振动头的下方，在抛光装置及移动调节机构的作用下，局部抛光液发生剪切增稠效应，实现高效抛光。本发明设计巧妙，结构合理，使用方便，可以实现在抛光过程中，通过曲柄连杆机构对抛光区域抛光液提供振动频率和振幅可控的振动，达到剪切增稠效应，实现高效可控的精密抛光。抛光。抛光。