一种微加工具有复杂表面轮廓的工件的表面的设备和方法，该复杂表面轮廓包括期望的轮廓特征和待去除的较细的不期望的轮廓特征，所述方法包括：使用工件本身或工件的复制件将可成形的抛光工具成形为具有至少所述期望的轮廓特征；以及使用所述可成形的抛光工具微加工所述表面，以去除所述较细的不期望的轮廓特征，而同时保留所述期望的轮廓特征。通过在所述可成形的抛光工具处于可成形状态时将所述可成形的抛光工具压靠在工件本身或工件的复制件上，将所述可成形的抛光工具成形为具有至少所述期望的轮廓特征，且在所述可成形的抛光工具处于固体状态时，所述可成形的抛光工具能用于微加工。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文描述的实施方式涉及加工领域，且更具体地说，涉及表面的微加工。
技术介绍
已经开发了许多非传统的加工工艺来提供制备复杂工件的可选方法。这些工艺通 常用于加工铸件、锻造部件、复合部件和陶瓷部件，并且用作工件上的精加工步骤，在工件 中，已经使用了更常规的技术进行了粗加工。一种这样的技术是放电加工(EDM)。EDM允许通过工具和工件表面之间的电火花 电弧放电的能量来从工件去除金属。在使用过程中，工具和工件都被浸入电介质流体中，例 如油中。快速电脉冲随后被传递给工具，从而在工具和工件之间进出火花或电弧。每一个 火花产生的热使工件上的少量金属熔化，从而将其从工件去除。当金属被如此去除时，通过 电介质流体的循环来冷却并冲掉金属。EDM通常能用于在工件中形成复杂且精细的形状。但是，EDM受到许多限制。首先， 工件必须是导电的，以便接通在工件和工具之间产生火花所需要的电路。因而，EDM不适合 用于由诸如大部分陶瓷或聚合物等的许多材料制成的工件。其次，使用EDM难以对工件表 面实现期望的最终精加工，且受到EDM的表面一般具有“橘皮”或“喷砂”的外观。例如，可 能希望具有粗至0.8 μ m均方根(RMS)的最终表面光洁度，或者具有约0.02 μ m RMS的较光 滑的镜面光洁度。EDM—般产生最好0.8μπι至3. 2μπι RMS之间的表面光洁度。因此，尽管 EDM对于提供较粗的光洁度是有用的，但是其通常不适合于提供高度抛光的工件。趋向于提供较光滑的光洁度的另一非传统加工工艺是超声抛光，也称为超声冲击 磨光。超声抛光通常涉及去除一薄层材料(例如，达50 μ m厚或更少)，以将工件精加工到 期望尺寸。抛光涉及一般地通过选择性地去除不想要的不太细的细节(例如，工件表面上 存在的长波幅波形特征的顶部)和不想要的细节或表面粗糙度(例如，工件表面上存在的 短波幅波形特征的顶部)，而同时保留想要的表面特征完好无损，从而去除工件表面上的波 痕。工件的抛光通过快速且有力的搅动悬浮在位于工件表面和工具的表面之间的浆 料中的细研磨颗粒来实现。为了搅动浆料中的研磨颗粒，在操作过程中，工具以一般在 15，OOOHz和40，OOOHz之间的频率下振动，但是可以根据特定应用的需要采用更高或更低 的频率。 能使用各种技术来实现工具的振动。一种方法是使用磁阻致动器，其中磁场循环 地施加于铁磁芯。磁场的应用引起称为磁阻的效应，从而磁芯长度响应于磁场强度的波动 而略微改变。实现振动的另一方法使用了压电式换能器，如本领域已知的，该压电式换能器 响应于所施加的电场而振荡。随后，换能器一般连接到喇叭状物或聚能器，而喇叭状物或聚 能器的工作端具有工具。喇叭状物相对于致动器或换能器的振荡增加工具振荡的振幅。喇 叭状物一般具有大致截头锥形状，且工具连接到较窄的工作端，而致动器或换能器固定在 较宽或较大的一端。在操作过程中，磁阻致动器引起工具在大致平行于喇叭状物的纵轴线的方向上振 荡，该方向一般与工件的表面垂直。在任何单次循环中，工具通过平均位置P2(在此位置， 工具最快速地移动)从离工件表面最远的最上部位置Pl (在此位置，工具处于静止)移动 到离工件表面最近的最下部位置P3 (在此位置，工具再次处于静止)。随着循环继续，工具 通过平均位置P2移回到最上部位置P1，等等。在某些实施方式中，且根据具体的超声抛光 设备的构造，工具从Pl到P3的振荡幅度在13 μ m和62 μ m之间，但是根据具体应用的需要 可以采用更高或更低的幅度。工具的表面、工件和研磨浆料之间的相互作用取决于循环过程中浆料中的研磨颗粒之间的尺寸关系以及工件和工具的表面之间的距离。当研磨颗粒的尺寸制定成使得它们 大到足以在平均位置P2处被工具接触时，磨料趋向于在工具以其最高的速度移动时受到 冲击。因而，较大量的动量一般被传递到研磨颗粒。但是，在研磨颗粒尺寸较小时，它们将 在工具较靠近工件表面(在P2和P3之间)且因而以较低速度移动时受到冲击。所以，较 小的研磨颗粒将一般从工具接收较少量的动量。类似地，当研磨颗粒尺寸较大时，它们往往 在工具达到其最高速度(在Pl和P2之间)之前被工具冲击。因此，对于任何特定的工具 和工件组合，基于工件和工具之间的间隙，一般存在起作用的研磨颗粒尺寸(或粒度尺寸) 的有效范围。在操作过程中，当工具冲击任何粒状研磨颗粒时，该颗粒将被工具的作用推向工 件。这在工件和工具表面上引起冲击应力。这些冲击应力偶尔地引起一个或多个研磨颗粒 变得断裂，这往往会降低颗粒的尺寸，这也是希望将新的研磨颗粒引入浆料内以确保维持 期望的磨料尺寸来保证维持抛光速率的一个原因。引入新浆料也有助于从工具和工件之间 的间隙冲走工件碎屑。因而，振动工具有效地起到了锤的作用，以周期地击打研磨颗粒并切下小部分工 件。材料通过三个主要模式被从工件去除(a)使研磨颗粒冲击工件表面的冲击或空穴作 用，(b)由通常平行于工件表面来回流动(由浆料的运动引起)的研磨颗粒引起的机械作 用，以及(C)由颗粒在工件表面上的振动或由研磨颗粒的堆积引起的机械作用，研磨颗粒 通过桥接工件和工具之间的间隙来破碎工件表面。超声抛光优于EDM的主要益处之一是超声抛光是非热的、非化学的和非电的。因 此，超声抛光除了去除材料以外，既不需要也不会引起所抛光工件的冶金、化学或物理特性 中的任何变化。所以，超声抛光能用于成形许多不同类型的材料，包括硬的材料和不导电的 材料，例如陶瓷和玻璃，这些材料一般不能使用EDM来形成。超声抛光还能在不需要电介质流体的情况下进行，而EDM是要求电介质流体的。 在许多情形下，所需要的只是研磨颗粒在水、油或乳胶中的简单的浆料混合物。超声抛光还能对精加工的工件产生更光滑的表面特性。在正确选择了磨料、振荡 频率、振荡幅度、工具以及工具和工件之间的间距的情形下，超声抛光能产生具有镜面光洁 度的表面(小于0. 25 μ mRMS)。然而，超声抛光也面临许多挑战。抛光一般比许多其它材料去除技术，例如EDM更 慢。因此，为了获得期望的最终表面，可能花费更长的时间。而且，超声抛光中所使用的工 具一般由通常比工件软的材料制成。这能引起比从工件去除材料的速率更高的工具磨损速 率，这使得难以维持精确的工具形状以便确保工件得到期望的轮廓。结果，通常需要在单个工件抛光之后更换工具，或者甚至在同一个工件的抛光过程中使用多个工具。已经磨损的 工具一般被简单地丢弃，这可能是昂贵的且浪费的。因此，需要一种制备具有光滑的抛光表面的工件的改进的方法和设备。
技术实现思路
根据一个实施方式，提供了一种微加工具有复杂表面轮廓的工件的表面的方法， 该复杂表面轮廓包括期望的轮廓特征和待去除的较细的不期望的轮廓特征，该方法包括 使用工件本身或工件的复制件将可成形的抛光工具成形为具有至少所述期望的轮廓特征， 以及使用所述可成形的抛光工具微加工所述表面，以去除所述较细的不期望的轮廓特征， 而同时保留所述期望的轮廓特征。在某些实施方式中，通过当可成形的抛光工具处于可成形状态时将可成形的抛光 工具压靠在工件自身或工件的复制件上，来将可成形的抛光工具成形为具有至少所述期望 的轮廓特征，且当可成形的抛光工具处于固体状态时，使用可成形的抛光工具来进行微加工。在某本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微加工具有复杂表面轮廓的工件的表面的方法，所述复杂表面轮廓包括期望的轮廓特征和待去除的较细的不期望的轮廓特征，所述方法包括：使用所述工件本身或所述工件的复制件，将可成形的抛光工具成形为具有至少所述期望的轮廓特征；以及使用所述可成形的抛光工具微加工所述表面，以去除所述较细的不期望的轮廓特征，而同时保留所述期望的轮廓特征。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰库洛多，路易斯布罗，朱莉盖，
申请(专利权)人：拉瓦尔大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]
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