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申请/专利权人：湖南科技大学

摘要：一种主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，包括以下步骤：1选用工件夹具；2将工件装夹在工件夹具上；3配置具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液，并将抛光液置于抛光液箱内；4启动主轴和水泵，将抛光液输入到抛光盘上，使得抛光液在抛光盘上相对运动，形成抛光液循环系统；5使工件在大剪切作用下粗抛；6使用温度传感器，监测到抛光液的温度T℃，启动变温棒，每隔一段时间梯度调整抛光液温度、结合主动剪切速率控制，即每隔一段时间抛光液粘度增大，造成抛光液梯度增稠，实现温度诱导梯度增稠抛光。本发明提供一种抛光效率较高、抛光过程可控性和灵活性良好的主动控制剪切温度诱导梯度增稠抛光方法。

主权项：1.一种主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，其特征在于，所述抛光方法包括以下步骤：1）选用工件夹具；2）将工件装夹在工件夹具上；3）配置具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液，并将抛光液置于抛光液箱内；4）启动主轴和水泵，将抛光液输入到抛光盘上，使得抛光液在抛光盘上相对运动，形成抛光液循环系统；5）使工件在大剪切作用下粗抛；6）使用温度传感器，监测到抛光液的温度T℃，启动变温棒，每隔一段时间梯度调整抛光液温度、结合主动剪切速率控制，即每隔一段时间抛光液粘度增大，造成抛光液梯度增稠，实现温度诱导梯度增稠抛光；所述步骤3）中，所述抛光液各成分及其比例：抛光磨粒8wt.%-25wt.%、剪切增稠基液16wt.%-25wt.%、水35wt.%-55wt.%、变温粒子1wt.%-16wt.%，抛光液在加工过程中，能够在变温棒的作用下快速的变温，实现主动控制剪切温度诱导梯度增稠抛光；所述变温粒子为可选择设定比热容值的颗粒，要求选择的变温粒子不会对抛光液的增稠效应产生影响。

全文数据：主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法技术领域本发明属于超精密加工技术领域，具体是涉及一种主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法。背景技术超精密加工技术在现代科学技术的重要组成部分，在众多领域中广泛应用。例如蓝宝石、单晶硅、各功能性陶瓷等硬脆难加工材料和轴承元件等材料的加工方面；各种复杂曲面的高精度、低损伤、美观等方面。利用超精密加工技术，可以获得低表面粗糙度、低无表面损伤或亚表面损伤的工件表面。抛光是超精密加工的一种，是指能够使得工件在机械、化学或电化学的作用下，降低工件表面粗糙度，提高工件表面光洁度的超精密加工工艺。剪切增稠抛光是近年来提出的新型抛光工艺，剪切增稠抛光是利用具有剪切增稠效应的非牛顿流体作为基液，其中加入磨料颗粒制成抛光液，因剪切作用形成剪切增稠柔性磨具，在速度与载荷的作用下，实现工件表面进行材料去除的抛光工艺。剪切增稠抛光下的工件具有更小的表面粗糙度，造成的表面损伤或亚表面损伤小，具有来源广泛，低成本等特点。剪切增稠流体的粘度随着温度的下降，粘度变大。温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。已公开中国发明专利CN201810122104.8，专利名称：一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光加工装置。该专利实施设备包括抛光工具、抛光工具夹具、抛光固动盘、防尘罩及抛光液循环装置。本发明利用液流边界主动约束与抛光液流流动主动控制、剪切增稠与绿色化学作用协同，提高加工效率、精度，并扩展可加工材料及面形。该专利优点在于可加工材料广、加工面型多样、抛光液环保，利用了剪切增稠效应，使该抛光为柔性抛光，提高材料去除确定性，表面变质层少；缺点在于抛光过程中，无法定向改变工件抛光区域抛光液粘度，使得抛光过程缺少灵活性。已授权中国实用新型专利CN201410436897.2，专利名称：非牛顿流体剪切增稠与电解复合效应的超精密加工装置，包括抛光工具、抛光工具夹具、工件夹具和抛光池，所述工件夹具的导电件与电源阳极连接，所述抛光工具夹具的导电件与电源阴极连接。在具有剪切增稠效应的非牛顿流体中添加磨粒或微粉制备出抛光液，并添加电解液成分，使抛光液即具有电解作用又具有剪切增稠效果。电源通电后，在阳极工件与阴极抛光工具间产生电化学反应，工件表面的金属被电解溶解，随之工件表面会形成一层妨碍电化学反应的氧化膜。工件表面凸起处的氧化膜首先被磨掉，暴露出新鲜金属，电化学反应得以在凸起处继续进行。而凹陷处的氧化膜未被去除，化学反应受到阻碍，该处金属得到了保护。同时由于电流的尖峰效应，凸起处电场强度大，对金属的腐蚀能力也强，加上剪切增稠作用下磨粒对工件表面凸起处的去除作用更强，这几方面的共同作用影响，使得工件表面凸起处迅速被去除，表面粗糙度也迅速减小。该专利缺点在于对可加工工件的面形适应性差，不能解决材料去除的确定性问题，难以实现工件材料的确定性抛光和高面形精度，限制了可加工材料具有导电性能的范围，电解液属于非环保物质，对环境影响大、环保处理成本高。但由于该抛光仅仅依靠单一剪切增稠效应对工件产生微切削形成材料去除，抛光效率仍有提升空间。已授权中国发明专利CN201510366852.7，专利名称：一种主动控制工件材料去除机理转变的超精密抛光方法。该专利通过在抛光过程，采用工件－抛光盘接触状态调整机构，在抛光初始时采用紧接触抛光以保证工件加工形状精度，然后调整工件与抛光盘接触状态，采用非接触抛光去除紧接触抛光的工件表面加工损伤层。该专利在非接触抛光去除阶段，无法改变抛光液的浓度，在该阶段的抛光效率存有不足。发明内容为了克服已有抛光方式的抛光效率较低、抛光过程可控性和灵活性较差的不足，本发明提供一种抛光效率较高、抛光过程可控性和灵活性良好的主动控制剪切温度诱导梯度增稠抛光方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，所述抛光方法包括以下步骤：1选用工件夹具；2将工件装夹在工件夹具上；3配置具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液，并将抛光液置于抛光液箱内；4启动主轴和水泵，将抛光液输入到抛光盘上，使得抛光液在抛光盘上相对运动，形成抛光液循环系统；5使工件在大剪切作用下粗抛；6使用温度传感器，监测到抛光液的温度T℃，启动变温棒，每隔一段时间梯度调整抛光液温度、结合主动剪切速率控制，即每隔一段时间抛光液粘度增大，造成抛光液梯度增稠，实现温度诱导梯度增稠抛光。进一步，所述步骤3中，所述抛光液各成分及其比例：抛光磨粒8wt.％-25wt.％、剪切增稠基液16wt.％-25wt.％、水35wt.％-55wt.％、变温粒子1wt.％-16wt.％，抛光液在加工过程中，能够在变温棒的作用下快速的变温，实现主动控制剪切温度诱导梯度增稠抛光。再进一步，所述变温粒子可选择设定比热容值的颗粒数值可以比水或增稠相小，要求选择的变温粒子不会对抛光液的增稠效应产生影响。更进一步，所述方法的实施设备包括工件夹具、抛光盘、抛光垫、抛光液池、主轴、抛光液箱、温度传感器、变温棒和水泵，所述抛光盘安装在主轴上，抛光垫安装在抛光盘上；所述工件夹具在抛光盘的上方，工件装夹在工件夹具上；所述的抛光液箱在抛光液池的左下方，抛光液池安装在抛光盘下，输液管连接抛光液池与抛光液箱，水泵安装在抛光液箱中，水泵与输液管连接；所述的温度传感器安装在工件夹具内，其触头与工件抛光区域抛光液接触；所述的变温棒安装在工件夹具内；所述抛光液箱内为具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液。再进一步，所述设备还包括数据接收器，用于无线接收从温度传感器传送的信号、能够无线控制变温棒的启动关闭；所述的温度传感器具有数据无线传输功能和内置电池；所述的变温棒具有数据无线传输功能和内置电池特征；所述的温度传感器和变温棒与所述数据接收器通讯连接。所述步骤4中，所述输液管、抛光液池、抛光液箱、水泵形成抛光液循环系统，抛光液箱中的抛光液通过水泵经输液管输入到工件夹具内、抛光垫上，多余的抛光液流入到抛光液池经输液管到达抛光液箱。本发明的技术构思为：具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液，剪切增稠效应是因为抛光液中的剪切增稠相在受到剪切作用时，抛光液粘度增大，磨粒围绕增稠粒子形成“磨粒增稠团”，大量的“磨粒增稠团”形成柔性磨具高度吻合工件抛光表面，实现对工件的剪切增稠抛光；温度诱导是由于抛光液中加入了变温粒子，抛光液在变温棒的作用下，能够快速变温降温或升温。抛光液循环功能，即抛光液箱中的抛光液通过水泵经输液管输入到工件夹具内、抛光垫上，多余的抛光液流入到抛光液池经输液管到达抛光液温控箱形成抛光液循环功能。上述的主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光，主动控制剪切作用，是通过改变工件夹具施加在工件上的载荷或抛光盘的转速或工件夹具的转速，实现主动控制工件受到的剪切作用；温度诱导梯度增稠，是通过工件夹具内的变温棒每隔一段时间改变抛光液的温度、结合主动剪切速率控制，就可以达到每隔一段时间改变抛光液的粘度，实现抛光液梯度增稠。粗抛阶段，由于大剪切作用使得工件抛光表面抛光液粘度增加，又由剪切作用产生摩擦热使得抛光液粘度降低，最终抛光液粘度稳定，工件在该粘度下粗抛；精抛阶段，每隔t时间通过变温棒使抛光液温度迅速改变x℃，抛光液粘度增加，在该粘度下抛光一段时间，如此循环抛光，最终实现主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1本发明利用了主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠技术，不仅提高了对工件的抛光效率，获得表面质量高、低表面粗糙度的工件，还提高了抛光过程的可控性、灵活性，增加了抛光工艺的多样性。2本发明利用了非牛顿流体的剪切增稠效应，使该抛光为柔性抛光，能够的到低无表面损伤或亚表面损伤的工件。附图说明图1为主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光示意图，工件1、温度传感器2、抛光液3、变温棒4、抛光垫5、工件夹具6、输液管7、水泵8、抛光液箱9、主轴10、抛光液池11、抛光盘12、柔性磨具层13。图2为抛光时形成的柔性磨具层13的微观图，其中，1是工件，21是磨粒，22是变温粒子，23是增稠粒子，24是柔性磨具层；5是抛光垫。具体实施方式下面结合附图进一步说明本发明。参照图1，一种主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，包括如下步骤：1选用工件夹具6；2将工件1装夹在工件夹具6上；3配置具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液3，并将抛光液3置于抛光液箱9内；4启动主轴10和水泵8，将抛光液3输入到抛光盘12上，使得抛光液3在抛光盘12上相对运动，形成抛光液循环系统；5使工件1在大剪切作用下粗抛；6使用温度传感器2，监测到抛光液3的温度T℃，启动变温棒4，每隔一段时间梯度调整抛光液3温度、结合主动剪切速率控制，即每隔一段时间抛光液3粘度增大，造成抛光液3梯度增稠，实现温度诱导梯度增稠抛光。进一步，所述步骤3中，所述抛光液各成分及其比例：抛光磨粒8wt.％-25wt.％、剪切增稠基液16wt.％-25wt.％、水35wt.％-55wt.％、变温粒子1wt.％-16wt.％，抛光液在加工过程中，能够在制冷片的作用下快速的变温，实现主动控制剪切温度诱导梯度增稠抛光。本实施例中，所述抛光液可以选择的各成分及其比例为：抛光磨粒8wt.％、剪切增稠基液25wt.％、水55wt.％、变温粒子12wt.％；或者是：抛光磨粒20wt.％、剪切增稠基液16wt.％、水50wt.％、变温粒子14wt.％；再或者是：抛光磨粒25wt.％、剪切增稠基液24wt.％、水35wt.％、变温粒子16wt.％；又或者是：抛光磨粒24wt.％、剪切增稠基液23wt.％、水52wt.％、变温粒子1wt.％。再进一步，所述变温粒子可选择设定比热容值的颗粒数值可以比水或增稠相小，要求选择的变温粒子不会对抛光液的增稠效应产生影响。该方法的实施设备包括工件夹具6、抛光盘12、抛光垫5、抛光液池11、主轴10、抛光液箱9、温度传感器2、变温棒4和水泵8，所述抛光盘12安装在主轴10上，抛光垫5安装在抛光盘12上，抛光液池11安装在抛光盘12下；所述工件夹具6在抛光盘12的上方，工件1装夹在工件夹具6上；所述的抛光液箱9在抛光液池11的左下方，输液管7连接抛光液池11与抛光液箱9，水泵8安装在抛光液箱9中，水泵8与输液管7连接；所述的温度传感器2安装在工件夹具6内，其触头与工件1抛光区域抛光液接触；所述的变温棒4安装在工件夹具内，所述抛光液箱9内为具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液。所述设备还包括数据接收器，用于无线接收从温度传感器2传送的信号、能够无线控制变温棒4的启动关闭；所述的温度传感器2具有数据无线传输功能和内置电池；所述的变温棒4具有数据无线传输功能和内置电池特征；所述的温度传感器2和变温棒4与所述数据接收器通讯连接。所述输液管7、抛光液池11、抛光液箱9、水泵8形成抛光液循环系统，抛光液箱9中的抛光液通过水泵8经输液管输入到工件夹具内、抛光垫5上，多余的抛光液流入到抛光液池11经输液管到达抛光液箱9。如图1所示，本发明用于加工轴承钢、硬质合金、金属陶瓷、光学玻璃以及难加工硬脆材料等工件。

权利要求：1.一种主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，其特征在于，所述抛光方法包括以下步骤：1选用工件夹具；2将工件装夹在工件夹具上；3配置具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液，并将抛光液置于抛光液箱内；4启动主轴和水泵，将抛光液输入到抛光盘上，使得抛光液在抛光盘上相对运动，形成抛光液循环系统；5使工件在大剪切作用下粗抛；6使用温度传感器，监测到抛光液的温度T℃，启动变温棒，每隔一段时间梯度调整抛光液温度、结合主动剪切速率控制，即每隔一段时间抛光液粘度增大，造成抛光液梯度增稠，实现温度诱导梯度增稠抛光。2.如权利要求1所述的主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，其特征在于，所述步骤3中，所述抛光液各成分及其比例：抛光磨粒8wt.％-25wt.％、剪切增稠基液16wt.％-25wt.％、水35wt.％-55wt.％、变温粒子1wt.％-16wt.％，抛光液在加工过程中，能够在变温棒的作用下快速的变温，实现主动控制剪切温度诱导梯度增稠抛光。3.如权利要求2所述的主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，其特征在于，所述变温粒子可选择设定比热容值的颗粒，要求选择的变温粒子不会对抛光液的增稠效应产生影响。4.如权利要求1～3之一所述的主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，其特征在于，所述方法的实施设备包括工件夹具、抛光盘、抛光垫、抛光液池、主轴、抛光液箱、温度传感器、变温棒和水泵，所述抛光盘安装在主轴上，抛光垫安装在抛光盘上；所述工件夹具在抛光盘的上方，工件装夹在工件夹具上；所述的抛光液箱在抛光液池的左下方，抛光液池安装在抛光盘下，输液管连接抛光液池与抛光液箱，水泵安装在抛光液箱中，水泵与输液管连接；所述的温度传感器安装在工件夹具内，其触头与工件抛光区域抛光液接触；所述的变温棒安装在工件夹具内；所述抛光液箱内为具有温度诱导梯度增稠效应的抛光液。5.如权利要求4所述的主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，其特征在于，所述设备还包括数据接收器，用于无线接收从温度传感器传送的信号、能够无线控制变温棒的启动关闭；所述的温度传感器具有数据无线传输功能和内置电池；所述的变温棒具有数据无线传输功能和内置电池特征；所述的温度传感器和变温棒与所述数据接收器通讯连接。6.如权利要求4所述的主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，其特征在于，所述步骤4中，所述输液管、抛光液池、抛光液箱、水泵形成抛光液循环系统，抛光液箱中的抛光液通过水泵经输液管输入到工件夹具内、抛光垫上，多余的抛光液流入到抛光液池经输液管到达抛光液箱。

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