力流变抛光液温度调控系统及方法

技术领域

本申请涉及力流变抛光技术，具体涉及在力流变抛光加工时可以实现控制抛光液温度的力流变抛光液温度调控系统及方法。

背景技术

抛光一直都是超精密加工领域中用以达到工件表面光滑、具有良好完整性甚至无损伤的重要技术手段。力流变抛光是一种适合复杂曲面抛光加工的超精密加工技术。采用力流变抛光加工时，力流变抛光液(非牛顿流体)与工件接触部分因受到剪切力而发生剪切增稠效应，接触区域的抛光液粘度增大，对磨粒的把持力增加，抛光液中具有抛光作用的磨粒对工件表面产生为切削作用或是化学机械作用以实现工件表面材料的去除，从而实现对工件表面的抛光。

然而，力流变抛光过程中，随着抛光加工的持续进行，抛光液与工件相对运动使得抛光液温度会逐渐上升，随着抛光液温度的上升抛光液的剪切增稠性能会随之下降，使得抛光的效率变低，效果变差。目前对于抛光液温度上升的问题没有很好的降温技术，大都是通过调整单次抛光时间使抛光液温度不会上升至影响剪切增稠性能的温度。此外，在利用力流变抛光技术进行化学机械抛光加工时，抛光液需要保持在特定的温度范围内，才能发挥较好的化学活性，获得较好的效率，但是，目前并没有合适的技术可以实现对抛光过程中的抛光液温度进行控制。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本申请提供了一种力流变抛光液温度调控系统，该系统可以在抛光过程中对抛光槽中抛光液的温度进行调控，使抛光液的温度保持在符合工艺要求的范围内。对应的，本申请也提供了一种力流变抛光液温度调控方法。

对于调控系统，本申请提供如下技术方案：

力流变抛光液温度调控系统，包括抛光槽，所述抛光槽至少包括槽底和槽外圈；所述槽底的内部呈中空状形成A流体腔，所述A流体腔中设有A分隔条，所述A分隔条的两侧分别设有与外部连通的A循环水进口和A循环水出口；所述槽外圈的内部呈中空状形成B流体腔，所述B流体腔中设有B分隔条，所述B分隔条的两侧分别设有与外部连通的B循环水进口和B循环水出口；所述A循环水出口和B循环水出口经管路与循环调温装置的入口连通，对应的，所述A循环水进口和B循环水进口经管路与循环调温装置的出口连通，从而形成循环回路；所述循环回路中具有液体热交换介质，所述循环调温装置可使循环回路中的液体热交换介质循环流动并在流经循环调温装置时与外部热交换介质进行热交换。

由此，抛光时，液体热交换介质可以在循环调温装置的作用下循环流动，并在流经循环调温装置时通过与外部热交换介质进行热交换是使液体热交换介质的温度维持在一定范围内，当抛光槽中的抛光液与抛光槽内部的液体热交换介质存在温差时，抛光液与液体热交换介质进行热交换，使抛光液的温度维持在工艺要求范围内。

作为优化，前述的力流变抛光液温度调控系统中，所述A流体腔内沿周向对应设有一组A外引流条和一组A内引流条；所述的A外引流条的外端与A流体腔的外侧壁相抵，内端与A流体腔的内侧壁之间留有间隙；所述的A内引流条的内端与A流体腔的内侧壁相抵，外端与A流体腔的外侧壁之间留有间隙；所述A外引流条和所述A内引流条交替设置，形成A蛇形流道。由此，液体热交换介质在A流体腔沿着A外引流条和A内引流条隔成的A蛇形流道流动，流动路径长，热交换效率高。

作为优化，前述的力流变抛光液温度调控系统中，所述B流体腔内沿周向对应设有一组B上引流条和一组B下引流条；所述的B上引流条的上端与B流体腔的上侧壁相抵，下端与B流体腔的下侧壁之间留有间隙；所述的B下引流条的下端与B流体腔的下侧壁相抵，上端与B流体腔的上侧壁之间留有间隙；所述B上引流条和所述B下引流条交替设置，形成B蛇形流道。同理，采用该设计，液体热交换介质在B流体腔沿着B上引流条和B下引流条隔成的B蛇形流道流动，流动路径长，热交换效率高。

作为优化，前述的力流变抛光液温度调控系统中，所述抛光槽还包括设于槽外圈内侧的槽内圈。进一步，所述槽内圈的内部呈中空状形成C流体腔，所述C流体腔中设有C分隔条，所述C分隔条的两侧分别设有与外部连通的C循环水进口和C循环水出口；所述C循环水入口和C循环水出口分别经管路与循环调温装置的出口和入口连通。由此，可以通过流经槽内圈内部的液体热交换介质与抛光液进行热交换，提高液体热交换介质与抛光液之间的热交换效率。再进一步，所述C流体腔内沿周向对应设有一组C上引流条和一组C下引流条；所述的C上引流条的上端与C流体腔的上侧壁相抵，下端与C流体腔的下侧壁之间留有间隙；所述的C下引流条的下端与C流体腔的下侧壁相抵，上端与C流体腔的上侧壁之间留有间隙；所述C上引流条和所述C下引流条交替设置，形成C蛇形流道。由此，液体热交换介质在C流体腔沿着C上引流条和C下引流条隔成的C蛇形流道流动，流动路径长，热交换效率高。

作为优化，前述的力流变抛光液温度调控系统中，所述循环调温装置包括泵，以及与所述泵相连的热交换装置。循环调温装置采用该结构，易于实施，有利于推广。进一步，连接所述循环调温装置的入口的管路上设有温度传感器，所述温度传感器通过温度反馈控制元件与泵电性连接。由此可以根据温度传感器检测到的温度值控制泵的转速，对液体热交换介质的流量进行调节，在从抛光槽内部流出的液体人交换介质的温度处于设于设定范围内时，让泵以较低的转速运行，降低能耗；并在从抛光槽内部流出的液体热交换介质的温度超出某设定值时，控制泵以高转速运转，加速液体热交换介质的流动，从而加快与抛光液之间的热交换。

作为优化，前述的力流变抛光液温度调控系统中，所述抛光槽的外表面由保温材料覆盖。采用保温材料覆盖抛光槽的外表面，具有防止热交换介质与抛光槽周围空气发生热交换，对液体热交换介质具有保温作用，使得其与抛光液之间的热交换效率更高。

对于调控方法，本申请提供如下技术方案：

力流变抛光液温度调控方法，该方法采用前述本申请的力流变抛光液温度调控系统对抛光加工中的力流变抛光液的温度进行冷却；抛光加工时，泵工作，使液体热交换介质在循环回路中循环流动，流至抛光槽内部的液体热交换介质与抛光槽中的力流变抛光液存在温差时，两者发生热交换，使力流变抛光液得到冷却，与力流变抛光液发生热交换后的液体热交换介质流经热交换装置时，在热交换装置中通过与外部热交换介质发生热交换散发从力流变抛光液吸收的热量；通过循环调温装置持续运行，使抛光槽中的力流变抛光液维持在符合工艺要求的温度范围内。

通过使用上述调控方法，抛光时，液体热交换介质在循环调温装置的作用下循环流动，并在流经循环调温装置时通过与外部热交换介质热交换维持温度，当抛光槽中的抛光液与抛光槽内部的液体热交换介质存在温差时，抛光液与液体热交换介质进行热交换，使抛光液的温度维持在工艺要求范围内。

综上，与现有技术相比，本申请的上述方案通过在抛光槽的内部设置特定构造流体腔，流体腔的进口和出口分别与循环调温装置的出口和进口通过管路相连，形成循环回路，循环调温装置使循环回路中的液体热交换介质在循环回路中循环流动，并在流经循环调温装置时进行热交换维持温度，抛光槽中的抛光液与抛光槽内部流体腔中的液体热交换介质存在温差时，与液体热交换介质进行热交换，避免抛光液温度超出工艺要求范围，从而实现了对抛光过程中的抛光液进行温控，有利于保证了抛光效率和质量。

附图说明：

图1是本申请的力流变抛光液温度调控系统的结构示意图；

图2是本申请实施例中抛光槽的立体图；

图3是图2中的抛光槽另一个视角的立体图；

图4是本申请实施例中的抛光槽的侧面投影视图；

图5是本申请实施例中的抛光槽的仰视图；

图6是图5中的抛光槽的A向剖视图；

图7是图5中的抛光槽的B向剖视图；

图8是本申请实施例中的抛光槽的内部结构的立体图(拆除外层)；

图9是图8中抛光槽的内部结构另一个视角的立体图；

图10是图8中抛光槽的内部结构另一个视角的立体图。

附图中标记：1-抛光槽，101-槽底、1011-A流体腔、1012-A分隔条、1013-A循环水进口、1014-A循环水出口、1015-A外引流条、1016-A内引流条，102-槽外圈、1021-B流体腔、1022-B分隔条、1023-B循环水进口、1024-B循环水出口、1025-B上引流条、1026-B下引流条，103-槽外圈、1031-C流体腔、1032-C分隔条、1033-C循环水进口、1034-C循环水出口、1035-C上引流条、1036-C下引流条；2-泵；3-热交换装置；4-温度传感器；5-温度反馈控制元件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式(实施例)对本申请涉及的发明作进一步的说明，但并不作为对发明限制的依据。

实施例1(参见图1-10)：

本实施例的力流变抛光液温度调控系统，包括抛光槽1，所述抛光槽1包括槽底101和槽外圈102；所述槽底101的内部呈中空状形成A流体腔1011，所述A流体腔1011中设有A分隔条1012，所述A分隔条1012的两侧分别设有与外部连通的A循环水进口1013和A循环水出口1014；所述槽外圈102的内部呈中空状形成B流体腔1021，所述B流体腔1021中设有B分隔条1022，所述B分隔条1022的两侧分别设有与外部连通的B循环水进口1023和B循环水出口1024；所述A循环水出口1014和B循环水出口1024经管路与循环调温装置的入口连通，对应的，所述A循环水进口1013和B循环水进口1023经管路与循环调温装置的出口连通，从而形成循环回路；所述循环回路中具有液体热交换介质，所述循环调温装置可使循环回路中的液体热交换介质循环流动并在流经循环调温装置时与外部热交换介质进行热交换。

在本实施例中，所述A流体腔1011内沿周向对应设有一组A外引流条1015和一组A内引流条1016；所述的A外引流条1015的外端与A流体腔1011的外侧壁相抵，内端与A流体腔1011的内侧壁之间留有间隙；所述的A内引流条1016的内端与A流体腔1011的内侧壁相抵，外端与A流体腔1011的外侧壁之间留有间隙；所述A外引流条1015和所述A内引流条1016交替设置，形成A蛇形流道。

在本实施例中，所述B流体腔1021内沿周向对应设有一组B上引流条1025和一组B下引流条1026；所述的B上引流条1025的上端与B流体腔1021的上侧壁相抵，下端与B流体腔1021的下侧壁之间留有间隙；所述的B下引流条1026的下端与B流体腔1021的下侧壁相抵，上端与B流体腔1021的上侧壁之间留有间隙；所述B上引流条1025和所述B下引流条1026交替设置，形成B蛇形流道。

在本实施例中，所述抛光槽1还包括设于槽外圈102内侧的槽内圈103。所述槽内圈103的内部呈中空状形成C流体腔1031，所述C流体腔1031中设有C分隔条1032，所述C分隔条1032的两侧分别设有与外部连通的C循环水进口1033和C循环水出口1034；所述C循环水入口1033和C循环水出口1034分别经管路与循环调温装置的出口和入口连通。所述C流体腔1031内沿周向对应设有一组C上引流条1035和一组C下引流条1036；所述的C上引流条1035的上端与C流体腔1031的上侧壁相抵，下端与C流体腔1031的下侧壁之间留有间隙；所述的C下引流条1036的下端与C流体腔1031的下侧壁相抵，上端与C流体腔1031的上侧壁之间留有间隙；所述C上引流条1035和所述C下引流条1036交替设置，形成C蛇形流道。

在本实施例中，槽底101、槽外圈102和槽内圈103均为双层结构，外层通过螺钉固定，内外层连接处具有密封处理(工作时，内层与抛光液接触)。双层结构中间的空隙即为流体腔，采用双层结构设计获得流体腔，易于实施，制造成本低。

在本实施例中，所述循环调温装置由泵2，以及与泵2相连的热交换装置3组成。热交换装置3为空水冷却器，液体热交换介质流入热交换装置3中后，与热交换装置3中的流动空气(外部热交换介质)发生热交换，从而，循环回路中的液体热交换介质可以维持在接近室温的温度，进而可以使抛光槽中的抛光液也维持在接近室温的温度。

在本实施例中，所述抛光槽1的外表面由保温材料覆盖。

在本实施例中，液体热交换介质为水(水易于获得，且无污染，是实施本发明较为理想的液体热交换介质)。

本实施例的力流变抛光液温度调控系统可以对抛光加工中的力流变抛光液进行冷却；抛光加工时，泵2工作，使液体热交换介质在循环回路中循环流动，流至抛光槽1内部的液体热交换介质与抛光槽1中的力流变抛光液存在温差时，两者发生热交换，使力流变抛光液得到冷却，与力流变抛光液发生热交换后的液体热交换介质流经热交换装置3时，在热交换装置3中通过与外部热交换介质(被送入热交换装置3中的常温空气)发生热交换散发从力流变抛光液吸收的热量；通过循环调温装置持续运行，可以使抛光槽1中的力流变抛光液维持接近室温的温度，避免抛光液在抛光过程中温度持续上升。

实施例2(参见图1-10)：

与实施例1不同的是，本实施例中，连接所述循环调温装置的入口的管路上设有温度传感器4，所述温度传感器4通过温度反馈控制元件5与泵2电性连接。抛光时，温度传感器4实时检测从抛光槽1内流体腔中流出的液体热交换介质的温度，温度反馈控制元件5根据温度传感器4检测到的温度值，对泵2的转速进行调整。

本实施例的力流变抛光液温度调控系统可以使抛光加工中的力流变抛光液维持在设定范围内。工作时，将温度为T℃的空气(外部热交换介质)的传入热交换装置3中，从而使抛光槽1中的抛光液的温度可以维持在T℃附近。温度传感器4实时检测从抛光槽1内部流体腔中流出的液体热交换介质的温度，在液体热交换介质的温度上升到设定高值时，温度反馈控制元件5控制泵2提高转速，从而提高液体热交换介质的流量，加快热交换，待检测到温度降到设定低值后，温度反馈控制元件5控制泵2以较低的转速运转，降低能耗，实现节能减排。

作为实施例2的调控系统的一个具体应用案例，该案例中，工艺要求将抛光液的温度控制在25±3℃。我们将外部热交换介质的温度设定为20℃(本案例中，利用空调控制室温为20℃，实际也可以将热交换装置3上的外部热交换介质入口通过管路与空调设备的出口连接)，抛光加工时，温度传感器4实时检测从抛光槽1内部流体腔中流出的液体热交换介质的温度，在温度传感器4检测到温度上升到27.5℃时，温度反馈控制元件5控制泵2提高转速，加速液体热交换介质的流动，加快热交换，待温度传感器4检测到温度降到22℃后，温度反馈控制元件5控制泵2以较低的转速运转。在上述案例中，力流变抛光液的温度被维持在抛光工艺所要求的25±3℃区间范围内。

上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施例的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。

有必要指出的是，本申请中，热交换装置3的形式并不限于上述实施例中的空水冷却器，外部热交换介质也不限于空气(也可以是液体)，只要能够使液体热交换介质在热交换装置3中与外部热交换介质发生热交换，将液体热交换介质的温度维持在要求范围内即可。实施本发明时，热交换装置3可以自制，也可以直接从市场上采购合适型号的产品。

在上述实施例中，本发明的温控系统用于冷却抛光液，但本发明的温控系统并不限于这种应用，本发明的温控系统也可以用于对在低温环境下工作的抛光液进行保温，防止抛光液受低温影响。

本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和实施例中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。