一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法

本发明涉及超精密加工领域，具体为一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法。

背景技术：

1、利用3d打印技术，按需打印符合个体需求的钛合金人工关节，经过等离子体氧化达到符合人体要求的表面性能，这不仅更符合个体化治疗的需求，还能提供优异的机械性能和生物学性能。

2、为确保3d打印的人工关节表面光滑，抛光处理是必不可少的，这有助于减少植入后的摩擦和磨损，提高人工关节置换术的成功率以及患者的生活质量。目前，对人工膝关节进行抛光的方法主要包括人工抛光和机器自动化抛光两种。人工抛光方法费时费力、效率不高。相较之下，机器自动化抛光采用软性介质对人工膝关节进行表面超精密加工处理，例如非牛顿流体或软性抛光盘等。虽然这种方法显著提高了加工效率，但仍然存在一个问题，即加工均匀度不佳，特别是人工膝关节的大曲率部分很难得到较好的加工处理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，包括：

4、步骤1，制作外套和外壳组件，外套的上侧具有柔性流道壁，柔性流道壁的下表面形状与工件的待加工曲面相吻合；

5、步骤2，组装抛光装置，将工件放入外套中，使柔性流道壁下表面与工件的待加工曲面之间形成间距一致的抛光流道；

6、步骤3，开启抛光装置，抛光液进入抛光流道进行抛光，并通过交变电压源给压电陶瓷施加交流电压，使压电陶瓷带动柔性流道壁对应部分进行振动，从而使抛光流道中对应位置的磨粒获得振动能量，加大磨粒对工件曲面的冲击力；

7、步骤4，抛光完成后关闭抛光装置并取出工件。

8、进一步地，所述步骤3中，根据工件的凸面曲率和凹面曲率调节电压放大器，进而调整施加给压电陶瓷的交变电压幅值和变化频率。

9、进一步地，所述步骤3中，对于工件曲面上大曲率的部位，增大该部位对于压电陶瓷的交变电压幅值和变化频率。

10、进一步地，所述抛光装置包括外套、外壳组件、若干压电陶瓷及抛光液供应机构，所述外套容置工件，其上侧具有柔性流道壁，所述柔性流道壁位于工件上端，其下表面形状与工件的待加工曲面相吻合，其下表面与工件的待加工曲面之间形成间距一致的抛光流道，所述外壳组件对外套起支撑作用，其包括约束上盖，所述约束上盖罩设于外套上，所述压电陶瓷分别与交变电压源和电压放大器电连接，若干所述压电陶瓷沿抛光流道按阵列设置于约束上盖上侧内壁与柔性流道壁上表面之间，其通电后改变长度，从而改变抛光流道对应位置的间距，所述抛光液供应机构为抛光流道供应抛光液。

11、进一步地，所述外套为套状结构，其具有用以容置工件的内腔，所述柔性流道壁为外套的上侧壳壁。

12、进一步地，所述外套的两端分别设置进液通道和出液通道，所述进液通道和出液通道分别与抛光流道的两端连接。

13、进一步地，所述柔性流道壁的厚度一致，其上表面形状与其下表面形状吻合，所述约束上盖的上侧内壁的形状与工件的待加工曲面以及柔性流道壁的上表面形状相吻合。

14、进一步地，所述外壳组件还包括底座，所述约束上盖设置于底座上，两者形成用以容置外套的内腔，所述外套支撑于底座上，约束上盖和底座将外套、压电陶瓷、工件夹在中间。

15、进一步地，所述抛光液供应机构包括抛光液池、液泵和进液管，所述液泵将抛光液池中的抛光液通过进液管抽送至抛光流道。

16、进一步地，所述抛光液供应机构还包括出液管，所述出液管将从抛光流道的出口流出的抛光液送回至抛光液池中。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1)本发明利用压电陶瓷的振动能量提高磨粒的旋转速度和对工件的撞击力，进而提高人工膝关节表面整体的磨削效率；

19、2)本发明根据人工膝关节的凸面曲率和凹面曲率，进行适应性调整每个压电陶瓷的振动幅度和频率，进而增大凹面区域的磨削量，实现人工膝关节表面每处区域的磨削量相等，完成人工膝关节表面均匀化抛光；

20、3)本发明利用电压放大器调节压电陶瓷的驱动电压，具有较大的电压调整区间，相应地实现较宽的振动幅度和频率调整区间，进而实现较宽的磨削量调整区间；

21、4)本发明可以实现批量自动化加工，提高磨削抛光的效率；

22、5)本发明适用的加工对象不仅仅局限于人工膝关节，任何复杂的曲面加工件都可以采用本发明的抛光方法实现全面均匀化抛光效果。

技术特征：

1.一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述步骤3中，根据工件的凸面曲率和凹面曲率调节电压放大器，进而调整施加给压电陶瓷的交变电压幅值和变化频率。

3.根据权利要求2所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述步骤3中，对于工件曲面上大曲率的部位，增大该部位对于压电陶瓷的交变电压幅值和变化频率。

4.根据权利要求1-3中任一所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述抛光装置包括外套、外壳组件、若干压电陶瓷及抛光液供应机构，所述外套容置工件，其上侧具有柔性流道壁，所述柔性流道壁位于工件上端，其下表面形状与工件的待加工曲面相吻合，其下表面与工件的待加工曲面之间形成间距一致的抛光流道，所述外壳组件对外套起支撑作用，其包括约束上盖，所述约束上盖罩设于外套上，所述压电陶瓷分别与交变电压源和电压放大器电连接，若干所述压电陶瓷沿抛光流道按阵列设置于约束上盖上侧内壁与柔性流道壁上表面之间，其通电后改变长度，从而改变抛光流道对应位置的间距，所述抛光液供应机构为抛光流道供应抛光液。

5.根据权利要求4所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述外套为套状结构，其具有用以容置工件的内腔，所述柔性流道壁为外套的上侧壳壁。

6.根据权利要求5所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述外套的两端分别设置进液通道和出液通道，所述进液通道和出液通道分别与抛光流道的两端连接。

7.根据权利要求4所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述柔性流道壁的厚度一致，其上表面形状与其下表面形状吻合，所述约束上盖的上侧内壁的形状与工件的待加工曲面以及柔性流道壁的上表面形状相吻合。

8.根据权利要求4所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述外壳组件还包括底座，所述约束上盖设置于底座上，两者形成用以容置外套的内腔，所述外套支撑于底座上，约束上盖和底座将外套、压电陶瓷、工件夹在中间。

9.根据权利要求4所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述抛光液供应机构包括抛光液池、液泵和进液管，所述液泵将抛光液池中的抛光液通过进液管抽送至抛光流道。

10.根据权利要求9所述的一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，其特征在于，所述抛光液供应机构还包括出液管，所述出液管将从抛光流道的出口流出的抛光液送回至抛光液池中。

技术总结本发明属于超精密加工领域，公开了一种基于压电振荡能量的均匀高效曲面磨粒流抛光方法，包括：制作外套和外壳组件；组装抛光装置，将工件放入外套中，使柔性流道壁下表面与工件的待加工曲面之间形成间距一致的抛光流道；开启抛光装置，抛光液进入抛光流道进行抛光，并通过交变电压源给压电陶瓷施加交流电压，使压电陶瓷带动柔性流道壁对应部分进行振动，从而使抛光流道中对应位置的磨粒获得振动能量，加大磨粒对工件曲面的冲击力；抛光完成后关闭抛光装置并取出工件。本发明利用压电陶瓷的振动能量提高磨粒的旋转速度和对工件的撞击力，进而提高人工膝关节表面整体的磨削效率。技术研发人员：纪仁全,齐欢受保护的技术使用者：浙大城市学院技术研发日：技术公布日：2024/6/5