一種研磨拋光機供液系統的設計

鄭森偉，劉 偉，王 偉，孫德紅

（1.華僑大學機電學院，福建 廈門 361000；2.閩南理工學院，福建 石獅 362700）

作者鄭森偉系華僑大學在讀研究生，閩南理工學院教師。

1.引言

研磨拋光作為機械拋光的一種，是各種拋光方法中加工精度相對較高的設備。利用該加工方式，工件表面粗糙度可以達到0.1μm以下。研磨拋光機在研磨拋光過程中需要連續不斷的提供研磨拋光液，才能使工件持續、均勻地進行研磨拋光[1-2]。而含有磨料的研拋液需要被壓緊在工件被加工表面上，通過這些磨料對加工表面的研磨達到研磨拋光的效果。因此研磨拋光液中的磨料是否均勻對于工件的加工表面質量至關重要。由于研磨拋光液中含有磨料，當拋光液流動一段距離或者停止流動，這些磨料往往會沉淀到底部，這樣就會造成拋光液中的磨料太少，研磨效果不夠或者研磨拋光液磨料混合不夠均勻，在拋光時工件表面加工力度不一[3]。

研磨拋光機的供液系統，在其工作時要求能夠連續穩定的提供研磨拋光液到工件被加工表面[2]。傳統的供液系統中，一般研磨機所需要的拋光液儲存在儲液缸內，通過輸送泵的抽吸加壓，由輸送管路輸送到研磨拋光機上，然后調節管道閥門大小，從而調節拋光液流速，使需要的拋光液通過上磨盤流通到工件被加工表面上，然后通過回流管使用過的拋光液回流到儲液缸內。傳統研磨拋光液供液系統結構如圖1所示[4-5]。然而該供液系統還存在一些不足：在長時間的工作過程中儲液罐內容易產生沉淀，所提供的研磨拋光液到經過一段時間后，研磨拋光效果逐漸變差。閥門上容易沉淀磨料，致使閥門失去調節效果，從而需要進行更換，影響拋光的正常進行造成工期延誤。

本文針對傳統拋光液供液系統的缺點，進行設計開發，使之在滿足提供磨料混合均勻的拋光液，并使用無閥門緩沖裝置避免閥門壞死，提高拋光質量，節約進行再次拌料與更換閥門的時間。

2.自攪拌研磨拋光機供液系統設計

傳統的拋光機供液系統，其拋光液從儲液缸通過輸送泵抽取出來，經輸送管輸送到拋光機內，然后回流到儲液缸。由于研磨拋光的工作往往是一個緩慢的過程，經常需要幾天的時間才能研磨好工件，然而在這樣長時間的工作中，其磨料會慢慢的沉淀到儲液缸底部或者在閥門之中導致閥門失效。為此設計帶有可回流自動攪拌研磨液裝置和無閥門可調壓研磨拋光液緩沖筒的供液系統，如圖2所示。

圖1 傳統拋光機供液系統

圖2 自攪拌供液系統示意圖

回流自動攪拌研磨液裝置，是將儲液缸底部沿邊切向方向設置一個入口接頭作為儲液缸回流口，由接頭連接一條管道，再連接上三通接頭，在三通接頭分出的兩頭，一頭連接一提供壓力的氣壓裝置，一頭連接儲液缸上部，把經過過濾的拋光液及從緩沖筒回流的拋光液引流向儲液缸回流口，在回流到儲液缸回流口是，由氣泵提供的氣壓，直接把回流的拋光液從儲液缸回流口，以一定的壓力沖刷進儲液缸內，如圖2所示。此時沉淀到底部的磨料經過回流液的沖刷，便懸浮起來，回流拋光液會起到自動攪拌的效果，從而防止了磨料的沉淀，達到磨料均勻的游離在拋光液中的效果。

無閥門可調壓研磨拋光液緩沖筒，在標有角度刻度的支架上安裝固定一緩沖筒，緩沖筒上，沿著其圓周切向方向設置一緩沖筒進口，由輸送泵抽取的研磨拋光液通過緩沖筒進口沿著緩沖筒的圓柱面切向方向沖入緩沖筒，從而使緩沖筒內的拋光液進行沿著圓周方向運動，起來拋光液的再次攪拌。在緩沖筒的上方設置一緩沖筒回流口，當緩沖筒充滿拋光液時，多余的拋光液會通過緩沖筒回流口回流到儲液缸內。在緩沖筒下方設置一緩沖筒出口，拋光液通過緩沖筒出口流向拋光機上磨盤參與研磨拋光，如圖2所示。由于緩沖筒出口沒有設置閥門進行調節拋光液的流量，此時沿著帶刻度支架的弧臂擺動緩沖筒，可以使緩沖筒從水平0°到豎直90°進行擺放，這樣緩沖筒出口出的水壓就可以隨之改變，從而調節拋光液的流量。

3.供液系統自攪拌沖刷力及緩沖筒供液流量校核

在拋光液沉淀自動攪拌過程中需要進行一定的沖擊力進行攪拌。擬以容積為10kg的儲液缸裝有深度為400mm高的拋光液為例，在缸底所產生的壓強為0.04MP的氣壓推動回流拋光液進入儲料缸底部時，當磨料沉淀到缸底時，拋光液回流入口直徑為 20mm，由氣泵提供的 0.2MP氣壓抵消0.04MP剩0.16MP，根據F＝P×S，可獲得20kg的推力便可滿足整個儲料缸的研磨拋光液自攪拌，隨著出料缸容積的變化可是當調整氣壓閥門改變提供的氣壓來調整回流沖刷的力度。

緩沖筒以直徑為50mm長度1000mm，緩沖筒出口直徑為20mm，緩沖筒擺放刻度可從0°度調到90°，根據p＝ρgh緩沖筒底部拋光液壓力范圍為 0～0.01MP，當水壓在0.01MP時，＝2×g×h，其中的 g為重力加速度，h是水壓高度，10m水柱約等于一個大氣壓，其h值為1，當緩沖筒豎直 90°時其 h＝0.1，故＝2×g×h＝2×9.8×0.1＝1.96，其研磨拋光液流速度為v液＝1.4m/s，每分鐘流量為V＝v液×60×s，s＝π×r2＝3.14×（0.01）2，V＝1.4×60×3.14×10-4＝26.4ml/min，由于研磨拋光所需的研磨拋光液流速相對比較緩慢，只需流量為就足夠 10ml/min，故緩沖筒提供的拋光液流量范圍0～26.4ml/min能滿足拋光需求。

4.結語

針對研磨拋光機供液系統中研磨拋光液容易沉淀造成磨料分布不均及供液系統中閥門容易因磨料沉淀造成壞死的缺點，設計出新的研磨拋光機供液系統可得以下結論：

（1）對回流拋光液提供一定的壓力，進行沖刷儲液缸底部能實現自動攪拌功能。

（2）拋光液進入緩沖筒時，可實現再次攪拌效果。

（3）緩沖筒可擺動角度改變供液壓力，代替閥門控制拋光液的供液流量。

[1]王貴成. 精密加工技術實用手冊[M]. 武漢：武漢理工大學出版社，2003.

[2]周志斌，肖沙里，周宴，等. 現代超精密加工技術的概況及應用[J]. 現代制造工程，2005，（1）.

[3]馬云，劉存海，等. 我國拋光處理材料的研發現狀[J]. 新技術新工藝，2013，（12）.

[4]錢寧，阮健，李偉. 雙面拋光機氣動伺服加載系統分析[J]. 機床與液壓，2006，（8）.

[5]胡曉珍，李偉. 超精密雙面拋光機結構的優化設計[J]. 制造技術與機床，2009，（3）.