[发明专利]软性磨粒流磨粒群分布观测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种软性磨粒流磨粒群分布观测装置。

技术背景

在精密模具制造中，模具表面粗糙度对产品和模具本身质量、寿命都有相当大的影响。据调查，模具型腔表面粗糙度改善一级，模具寿命可提高50％。但由于模具型腔的复杂性、高硬性，光整加工(主要是抛光)效率非常低，其工作量通常占整个模具工作量的30％～40％，且环境恶劣，因此光整加工一直是精密模具制造中颇为棘手的问题。目前用手工、机械、化学等现有加工工艺方法对零件表面进行抛光、倒角及去毛刺均有其局限性，特别是对精密模具中的沟、槽、孔、棱柱、棱锥、窄缝等异型表面进行抛光、倒角、去毛刺是无能为力的(因为工具、夹具不能奏效)。软性磨粒流加工是一种借助软性磨粒流在被加工结构化表面的湍流流动，驱动磨粒对壁面的微力微量切削，实现结构化表面的无工具化精密加工的新方法。其中软性磨粒流是一种液-固两相磨粒流，由松散磨粒和液体混合而成，具有弱黏性或无黏性，因此具有更好的流动特性并可实现湍流流动。

软性磨粒流结构化表面流道内，由于流体相的驱动作用，磨粒与磨粒之间、磨粒与壁面之间产生相互碰撞，从而壁面不断受到冲击力和摩擦力而发生磨损。结构化表面的加工效果与碰撞频率和压力相关，通过研究约束流道内的磨粒群分布及其动力学特性，可以很方便地分析结构化表面不同位置的磨损情况，进而指导工件的加工。

然而实际加工过程中，由于结构化表面约束流道非常细小，且密封不透明，要观测约束流道内的磨粒群分布状态是不可能的。目前关于软性磨粒流的精密加工主要集中在基础理论研究，尤其是对软性磨粒流湍流加工机理的分析和数值模拟，而加工过程中软性磨粒流磨粒群的运动状态和分布特性没有得到充分的研究。鉴于磨粒群分布在软性磨粒流加工过程中扮演的重要角色，设计和开发相应的软性磨粒流磨粒群分布观测装置应用于磨粒群研究是一项由意义和深度的工作。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种能够观察磨粒群分布状态、便于试验操作和处理的软性磨粒流磨粒群分布观测装置。

软性磨粒流磨粒群分布观测装置，包括盛装有软性磨粒流的磨料箱，位于磨料箱内、浸入软性磨粒流中的潜水泵，允许软性磨粒流浸入其内形成湍流冲击加工待加工工件的由透明材料制成的约束流道，和对准约束流道、照射约束流道内某个断面的磨粒群的光路系统，以及获取断面磨粒群画面的图像采集系统；

所述的潜水泵通过出流管与所述的约束流道的进口连接，所述的约束流道的出口通过回流管与所述的磨料箱连通；

所述的光路系统包括对准所述的约束流道的激光器，和位于激光器与约束流道之间、能形成厚度均匀且光强足够的片光的圆柱形组合透镜；

所述的图像采集系统包括CCD摄像机和安装摄像机的云台，所述的约束流道位于所述的摄像机的视角范围之内，所述的摄像机与进行图像处理的计算机连接，所述的云台受控于一能控制云台升降，旋转的镜头控制器，所述的镜头控制器与所述的计算机连接。

进一步，所述的磨料箱内设有搅拌器，所述的磨料箱的中上部设有防止软性磨粒流过满的溢流管。

进一步，所述的约束流道放置在一透明托架上，所述的激光器固定于可移动安装架上，所述的安装架架设于允许安装架沿其滑动的导轨上。

进一步，所述的摄像机与可将断面内采集区域的磨粒放大的近摄镜头配套使用。

进一步，出流管上设有节流阀。