[发明专利]一种高声能密度单槽真空混频浸没式超声波表面处理装置

说明书

本发明公开了一种高声能密度单槽真空混频浸没式超声波表面处理装置，该装置是针对一种浸没式超声波表面处理方法设计制造的，其特征在于：该装置主要有加工池、超声波发生及放大装置、真空模块和温控系统四大部分构成，进一步提高加工效率，减少超声能量的损耗。操作方法为：首先将配制好的加工液(10)加入加工池(14)中，打开磁控开关(13)，将固定好待加工产品(6)的加工篮(5)吸附在加工盖(1)上，关闭加工盖，进行真空处理，完成后利用磁控系统控制加工篮沿导轨(7)滑下，确保待加工产品浸没在加工液中，根据产品材质设置超声能量场强度进行超声波表面加工，实现对产品表面的高效处理。

技术领域

本发明属于浸没式超声波加工处理和表面加工领域，涉及一种针对聚合物、金属等不同材质产品的浸没式超声波表面处理的方法，具体是一种超声波表面处理装置。

背景技术

目前常用的表面处理方法有手工处理，化学处理，机械处理等。手工处理是利用刮刀、钢丝刷或砂轮等工具，手动加工工件表面，此方法劳动强度大，生产效率低，质量差，清理不彻底。化学处理主要是利用酸性或碱性溶液与工件表面的毛刺、污物等发生化学反应，使其溶解在溶液中，以达到处理工件表面的目的。对于此方法，若时间控制不当，容易出现过蚀现象，且浸入缝隙或孔穴中的化学试剂难以彻底清除，若处理不当，将为工件后续使用过程埋下安全隐患，且化学物易挥发，成本高，排放液的环境成本高。

机械处理是目前使用最广泛的表面处理方法，主要包括抛光法、抛丸法和喷丸法。机械抛光法是在专用的抛光机上进行抛光，靠极细的抛光粉和磨面间产生的相对加工和滚压作用来实现表面加工，该技术难以处理复杂曲面和工件内表面。抛丸法是利用离心力将弹丸加速，抛射至工件进行表面处理的方法，该方法灵活性差，受场地限制。喷丸又分为喷丸和喷砂，喷丸处理是将无数钢丸高速且连续喷射，捶打 到零件表面，形成一定厚度的强化层，用喷丸进行表面处理，打击力大，效果明显。但喷丸处理薄板工件时，容易使工件变形。喷砂适用于对工件表面要求较高时，此方法建设费用高，维修工作量及维修费用极大，并且喷砂过程中产生大量的矽尘无法清除，严重影响操作工人的健康并污染环境。机械处理可以大大降低工作人员的劳动强度，提高表面处理效率，然而缺点也很明显，由于基于FDM技术的3D打印主要使用聚合物材料，材料的熔点低，强度低，机械摩擦、冲击会使工件温度升高，强度降低，导致加工失效，本方法也难以处理尺寸较小、结构复杂的产品。

现有的超声波表面处理方法主要是超声磨削，该方法是通过在普通磨削工具上施加超声振动而获得的一种新工艺，它能够有效提高机械磨削的加工效率、改善表面加工质量、降低工具损耗和能量消耗等。

中国专利申请号为200910213757中公开了一种超声磨削设备，主要是一种针对硅锭和瓷砖、瓷片等硬质材料进行的磨边，磨面和倒角的超声磨削设备。中国专利申请号01205966.8中公开了一种硬质材料超声磨削空槽加工机，其能实现工件表面的空槽加工，中国专利申请号为200510094277.6中公开了一种工程陶瓷叶片型面数控展成蠕动超声磨削工艺及装置，该工艺主要用于叶轮叶片加工，而且是工件进行超声振动。

但由于此类方法的主要技术仍基于传统的机械磨削，因此它尚不能较好的实现复杂曲面及工件内表面的加工处理，且该方法对尺寸和形状要求较高。

本研究团队提出了一种针对聚合物3D打印产品的浸没式超声波表面处理方法，中国专利申请号201510771226.6。该方法是一种基于超声波空化效应提出的全新的超声表面加工方法。该方法不同与传统的磨削，它是采用浸没式加工方法，将工件浸入加工液中，只利用超声波能量场产生剧烈的高密度空化效应，使液体中携带的悬浮磨料颗粒高速冲击工件表面而实现对工件表面的加工，不施加任何其他机械外力，具有对产品的尺寸和形状要求低、对材料的适用性广、低温加工避免材料熔融、能耗低、适合加工复杂曲面等突出优点。

发明内容