基于空化效應(yīng)的軟脆材料加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于精密超精密加工領(lǐng)域，尤其是一種針對軟脆材料的加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]軟脆材料是硬度低、脆性大材料的總稱。在工程中常用的軟脆材料主要有砷化鎵(GaAs)晶體、氟化鈣(CaF2)、磷酸二氫鉀(KDP)等，由于其具有許多金屬難以比擬的優(yōu)異性能，在電子、光學(xué)、儀器儀表、航空航天、國防及民用工業(yè)等諸多領(lǐng)域有著越來越廣泛的作用。這些軟脆電子材料雖具有優(yōu)異的物理性能，但它們既脆又軟(如GaAs的莫氏硬度為4.5，InP的莫氏硬度為3)，與硅的硬度相比(Si的莫氏硬度為7)相差甚遠。因為軟脆材料的特性，加工時表面易產(chǎn)生劃痕、凹坑、磨粒嵌入或吸咐等加工缺陷，這大大的限制了軟脆材料的應(yīng)用和發(fā)展。因此，如何實現(xiàn)軟脆材料的高質(zhì)高效、低成本精密超精密加工已成為當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)注的課題。
[0003]目前，對于軟脆材料，其加工方法主要有:單點金剛石飛刀切削技術(shù)、研磨拋光技術(shù)、固結(jié)磨粒拋光、水合拋光等。
[0004]單點金剛石切削技術(shù)采用天然單晶金剛石作刀具，車削加工光學(xué)零件表面。它通常采用“飛刀”切削加工方式，高速旋轉(zhuǎn)的飛刀去除工件表面一層材料，直接獲得超光滑表面，不需再進行拋光加工。這種方法雖然加工效率高，但由于國內(nèi)機床精度和剛度不足，飛刀切削時，機床床身與主軸發(fā)生共振在晶體表面產(chǎn)生小尺度波紋，嚴重影響元器件的性能。研磨拋光是實現(xiàn)軟脆材料的精密超精密加工的最主要方法，傳統(tǒng)的研磨拋光采用的是游離磨料方式加工，在加工軟脆材料時，會有硬質(zhì)磨粒劃傷、嵌入或吸附在材料表面形成加工缺陷，而且加工時磨料隨機分布易造成材料去除量不均勻和面形難以控制，加工效率不高，且磨料利用率極低，成本高(磨料成本占加工成本的70% )，加工完成后材料表面清洗困難。為了提高材料的去除效率，國內(nèi)外專家提出了固結(jié)磨粒拋光技術(shù)。這種固結(jié)磨料技術(shù)雖然加工效率高，但由于磨粒固結(jié)在拋光墊上，加工時磨粒易掉落，使軟脆材料表面形成劃痕、凹坑等缺陷，同時其對拋光墊的要求較高，拋光墊的制作、自我修整等都有待于解決。為了解決軟脆材料表面質(zhì)量問題，國內(nèi)外專家又提出了水合拋光方法。這種方法采用了無磨粒加工技術(shù)，可以獲得無損傷表面質(zhì)量，但其加工效率很低。
[0005]綜上所述，雖然軟脆材料加工方法很多，但它們不是加工效率低，就是材料表面容易形成劃痕、凹坑等表面質(zhì)量問題，可見要想獲得加工效率高且低損傷的工件表面相當(dāng)困難，因此，為解決這一問題，迫切需要開發(fā)一種設(shè)備簡單、高效、高加工質(zhì)量和低成本的加工
目.ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的加工設(shè)備復(fù)雜成本高、加工效率低、加工質(zhì)量低的問題，本實用新型提出了一種高效、高質(zhì)量與低成本的基于空化效應(yīng)的軟脆材料加工裝置。
[0007]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于空化效應(yīng)的軟脆材料加工裝置，包括加工池，所述加工池內(nèi)設(shè)有用于固定待加工軟脆材料工件的夾具，所述夾具上方設(shè)有彈性摩擦輪，所述夾具與所述彈性摩擦輪之間的區(qū)域為加工工位，所述夾具與用于帶動所述夾具運動的夾具驅(qū)動機構(gòu)連接，所述彈性摩擦輪與用于帶動彈性摩擦輪運動的摩擦輪驅(qū)動機構(gòu)連接，所述加工池的上方布置用于使加工池內(nèi)的加工液在加工工位附近發(fā)生空化的空化系統(tǒng)。
[0009]進一步，所述空化系統(tǒng)包括空化器和流量計，所述空化器的出口安裝流量計，所述空化器的出口位于所述加工池內(nèi)且位于所述夾具的上方。
[0010]再進一步，所述空化系統(tǒng)還包括加工液出口管道、加工液入口管道、調(diào)節(jié)閥和栗，所述加工池底部的循環(huán)出口與所述加工液出口管道的一端連接，所述加工液出口管道內(nèi)安裝栗和調(diào)節(jié)閥，所述加工液出口管道的另一端與所述空化器的進口連接，所述空化器的出口與所述加工液入口管道的一端連接，所述加工液入口管道的另一端位于所述加工池內(nèi)且位于所述夾具的上方。
[0011]更進一步，所述彈性摩擦輪為工作表面設(shè)有氣泡通道的空心輪，所述空化器的出口與所述氣泡通道連通。這是一種實現(xiàn)的方式。
[0012]所述空化器與流量計之間以及空化器與調(diào)節(jié)閥之間的管路上各設(shè)有一個壓力計。
[0013]所述空化系統(tǒng)還包括一個溢流閥，溢流閥的一端通過管路與加工池連通，另一端通過管路與所述栗的輸出端連通.
[0014]所述彈性摩擦輪由剛性材料制成的輪體和包裹在輪體外圍的軟質(zhì)或彈性層構(gòu)成。
[0015]所述的彈性摩擦輪是平形輪、斜邊輪、筒形輪、杯形輪或蝶形輪。
[0016]夾具驅(qū)動機構(gòu)用于驅(qū)動夾具平動及轉(zhuǎn)動，摩擦輪驅(qū)動機構(gòu)用于驅(qū)動彈性摩擦輪平動及轉(zhuǎn)動。
[0017]本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為:空化系統(tǒng)中的栗將加工池中的加工液輸送進入空化器，經(jīng)過空化器后加工液實現(xiàn)空化并輸出進入加工池，到達工件表面?？栈到y(tǒng)可以不斷的將加工池中的加工液進行循環(huán)空化，其中的溢流閥、調(diào)節(jié)閥、流量計、壓力計可以實現(xiàn)對空化系統(tǒng)的穩(wěn)壓、系統(tǒng)卸荷和安全保護作用。加工液通過空化系統(tǒng)后在工件表面產(chǎn)生大量的空泡；空泡潰滅時，會釋放大量的能量，能量轉(zhuǎn)化為強烈的微射流并在工件表面產(chǎn)生一定的沖擊壓力；沖擊壓力以微小值反復(fù)作用于工件表面，引起工件表面的疲勞破壞，以機械作用的形式去除工件表面的材料；另一方面，H2O的化學(xué)鍵在能量的作用下被打開，生成自由基，在基液中產(chǎn)生局部的高濃度氧化劑，氧化劑與工件表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在表面生成極微的氧化層；加工過程中，工件與彈性摩擦輪之間做相對運動，對工件表面的化學(xué)氧化層和疲勞破壞層施加機械摩擦作用；在機械與化學(xué)的共同作用下，從而實現(xiàn)對軟脆工件表面的材料去除。這種方法由于無磨料使用，不必擔(dān)心工件表面出現(xiàn)劃痕、磨粒嵌入、凹坑等加工缺陷，從而可以對軟脆材料進行高效高質(zhì)量的加工。
[0018]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:(I)本實用新型提供了一種基于空化效應(yīng)的軟脆材料加工裝置，適用范圍廣，可以加工各種軟脆材料；(2)加工效率高；(3)由于加工過程中不使用任何磨料，表面無劃痕、凹坑、磨粒嵌入等損傷，加工表面質(zhì)量好，且易清洗；(4)由于空化效應(yīng)易于實現(xiàn)，因而使用成本低，對加工設(shè)備要求較低。
【附圖說明】
[0019]圖1是基于空化效應(yīng)的軟脆材料加工裝置示意圖。
[0020]圖2是利用本實用新型裝置對平面工件進行加工的具體實施實例示意圖。
[0021]圖3是本實用新型裝置中的加工液出口管道與彈性摩擦輪連為一體時對工件加工的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0023]參照圖1?圖3，一種基于空化效應(yīng)的軟脆材料加工裝置，包括加工池1，加工池I內(nèi)設(shè)有用于固定工件4的夾具3，夾具3上方設(shè)有彈性摩擦輪5 ;所述夾具3和所述彈性摩擦輪5可以相對運動；還包括在加工過程中用