微結構化大磨粒金剛石砂輪的制造方法技術

微結構化大磨粒金剛石砂輪的制造方法，它涉及一種金剛石砂輪的制造方法。本發明專利技術的目的是為解決大磨粒金剛石砂輪不能直接用于精密磨削的問題。本發明專利技術方法可以提高大磨粒金剛石砂輪的磨削加工精度。所述方法以脈沖激光作為加工工具，以大磨粒金剛石砂輪為加工對象，制造方法分為兩個步驟：一，使激光束平行于待加工砂輪工作表面，沿砂輪工作表面移動激光焦點，對砂輪工作表面的金剛石磨粒突出部分進行截斷加工，從而減小砂輪回轉誤差至20微米以內。二，使激光束垂直于加工后的金剛石砂輪工作表面，通過控制金剛石砂輪與激光焦點的相對運動軌跡在砂輪工作表面上加工出三維微溝槽矩陣結構。本發明專利技術用于加工大磨粒砂輪的工作表面。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】，它涉及一種金剛石砂輪的制造方法。本專利技術的目的是為解決大磨粒金剛石砂輪不能直接用于精密磨削的問題。本專利技術方法可以提高大磨粒金剛石砂輪的磨削加工精度。所述方法以脈沖激光作為加工工具，以大磨粒金剛石砂輪為加工對象，制造方法分為兩個步驟：一，使激光束平行于待加工砂輪工作表面，沿砂輪工作表面移動激光焦點，對砂輪工作表面的金剛石磨粒突出部分進行截斷加工，從而減小砂輪回轉誤差至20微米以內。二，使激光束垂直于加工后的金剛石砂輪工作表面，通過控制金剛石砂輪與激光焦點的相對運動軌跡在砂輪工作表面上加工出三維微溝槽矩陣結構。本專利技術用于加工大磨粒砂輪的工作表面。【專利說明】
本專利技術涉及一種金剛石砂輪的制造方法。
技術介紹
目前，在硬脆材料的加工里，大多是先用加工效率較高的粗加工方式，然后再用加工表面較好的半精加工，最后再用細粒或微粒的砂輪進行精密/超精密加工。這樣連續用2到3個工序加工，每個工序都要更換不同的砂輪，導致加工成本高，總體磨削效率低。并且，細粒砂輪和微粒砂輪加工時容屑空間很小，會產生較多的顆粒脫落，未必能滿足加工精度的要求。并且砂輪表面不規則的磨粒排布和磨粒集結引起周期性的修整，難以提高加工效率。針對此情況，若能用大磨粒金剛石砂輪進行精密磨削，那么無需更換砂輪，即可完成由粗加工到精密加工的過程，從而可以極大的提高加工效率。此外，大多用樹脂結合劑或者金屬結合劑金剛石砂輪實現光學玻璃等硬脆材料的延性域磨削。但樹脂結合劑砂輪不適合重負荷磨削，砂輪磨損率高，限制了工件表面質量和形狀精度，引起了磨粒層形貌和組成的變化。金屬結合劑砂輪磨削過程中易發熱，易被磨屑堵塞，因此砂輪必須重復修整，降低了磨削效率，增加了加工成本。而電鍍砂輪中的電鍍金屬結合劑保證了所需的高的接觸剛度和磨粒支撐剛度，制造工藝簡單，投資少，磨粒突出高度為磨粒直徑的1/3。釬焊砂輪是利用活性金屬元素在金屬釬料與磨粒界面處形成化學冶金結合，大大提高了結合劑對磨粒的把持強度，所以僅需很薄的結合劑厚度就足以牢固地把持住磨粒，其裸露高度可達70%?80%。磨粒高的突出度既提高了金剛石磨削刃的鋒利性，又大大擴展了容屑空間，砂輪不易堵塞，磨削力、磨削比能和磨削溫度均有明顯下降，使磨粒的利用率和砂輪使用壽命顯著提高。然而，現有大磨粒金剛石砂輪由于磨粒突出高度不一致，砂輪圓跳動無法像細磨粒砂輪一樣通過后期修整進行控制，無法實現硬脆性的塑性域磨削，磨削后工件表面粗糙度一般Ra值一般在I μ m以上，亞表面損傷層深度在10 μ m以上，因此無法滿足精密磨削加工要求。
技術實現思路
本專利技術的目的是為解決大磨粒金剛石砂輪不能直接用于精密磨削的問題，提出一種，本專利技術為解決上述問題采取的技術方案是:技術方案一:步驟一、使脈沖激光束與待加工的大磨粒盤狀金剛石砂輪工作表面的切面平行，轉動大磨粒盤狀金剛石砂輪同時沿砂輪工作表面的切面平行移動激光焦點，對砂輪工作表面的金剛石磨粒突出部分進行截斷加工，控制砂輪回轉誤差至20微米以內；步驟二、使脈沖激光束垂直于步驟一加工后的金剛石砂輪工作表面，通過組合砂輪的轉速與激光焦點的移動速度實現對激光焦點的相對運動軌跡控制在砂輪工作表面上加工出深寬都在10微米-50微米范圍內的三維微溝槽矩陣結構；技術方案二:步驟一使脈沖激光束與待加工的大磨粒杯狀金剛石砂輪的工作表面平行，轉動大磨粒杯狀金剛石砂輪同時沿砂輪工作表面縱向移動激光焦點，對砂輪工作表面的金剛石磨粒突出部分進行截斷加工，控制砂輪回轉誤差至20微米以內；步驟二、使脈沖激光束垂直于步驟一加工后的金剛石砂輪工作表面，通過組合砂輪的轉速與激光焦點的移動速度實現對激光焦點的相對運動軌跡控制在砂輪工作表面上加工出深寬都在10微米-50微米范圍內的三維微溝槽矩陣結構。本專利技術具有以下有益效果:本專利技術突破了傳統的硬脆材料加工工序，以短脈沖或超短脈沖激光作為加工工具，以磨粒粒度在90微米-500微米大磨粒電鍍或釬焊金剛石砂輪為加工對象，通過對砂輪工作表面的金剛石磨粒突出部分的截斷加工和隨后的微結構化加工，減小砂輪回轉誤差，改善金剛石磨粒與工件表面的接觸作用，使得磨削后工件表面質量得到明顯的改善，可獲得表面粗糙度Ra值小于0.02 μ m,亞表面損傷層深度在2 μ m以內的精密加工表面。本專利技術一定程度上解決了光學玻璃精密磨削效率低、砂輪更換頻繁等一系列難題，實現了基于微結構化大磨粒金剛石砂輪的硬脆材料高效高質量精密加工。本專利技術用于制造微結構化打磨粒金剛石砂輪。本專利技術方法改善現有大磨粒金剛石砂輪的磨削性能，提高其磨削加工精度。【專利附圖】【附圖說明】圖1是平行脈沖激光對大磨粒盤狀金剛石砂輪圓周表面的金剛石磨粒突出部分進行截斷加工原理不意圖；圖1a該加工的主視圖，圖1b該加工的俯視圖；圖1中:1是脈沖激光頭，2是脈沖激光束，3是大磨粒盤狀金剛石砂輪；圖2是垂直脈沖激光對大磨粒盤狀金剛石砂輪圓周表面進行微結構化加工原理示意圖；圖2a是為結構化加工的主視圖，圖2b是為結構化加工的俯視圖；圖2中:1是脈沖激光頭，2是脈沖激光束，3是大磨粒盤狀金剛石砂輪；圖3是平行脈沖激光對大磨粒杯狀金剛石砂輪端面的金剛石磨粒突出部分進行截斷加工原理示意圖；圖3a是該加工的主視圖，圖3b是該加工的俯視圖；圖3中:1是脈沖激光頭，2是脈沖激光束，4是大磨粒杯狀金剛石砂輪圖4是垂直脈沖激光對大磨粒杯狀金剛石砂輪端面進行微結構化加工原理示意圖；圖4a是端面微結構化加工的主視圖，圖4b是端面微結構化加工的俯視圖；圖4:中I是脈沖激光頭，2是脈沖激光束，4是大磨粒杯狀金剛石砂輪。【具體實施方式】本專利技術技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。【具體實施方式】一:結合圖1圖2說明本【具體實施方式】,本實施方式是一種是按照以下步驟實現的:步驟一、調整脈沖激光頭I使脈沖激光束2與待加工的大磨粒盤狀金剛石砂輪3的工作表面的切面平行，轉動大磨粒盤狀金剛石砂輪3同時沿砂輪工作表面的切面平行移動激光焦點，對砂輪工作表面的金剛石磨粒突出部分進行截斷加工，控制砂輪回轉誤差至20微米以內；步驟二、調整脈沖激光頭I使脈沖激光束2垂直于步驟一加工后的金剛石砂輪工作表面，通過控制砂輪與脈沖激光束2的相對運動軌跡，在砂輪工作表面上加工出深寬都在10微米-50微米范圍內的三維微溝槽矩陣結構。【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一和步驟二中脈沖激光為短脈沖激光或超短脈沖激光，激光脈寬為200納秒-50飛秒。其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一和步驟二中大磨粒金剛石砂輪為磨粒粒度90微米-500微米的電鍍或釬焊金剛石砂輪。其它步驟及參數與【具體實施方式】一或二相同。【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟一和步驟二中激光焦點移動速度為0.01-lmm/s，砂輪轉速為10_300rpm。其它步驟及參數與具體實施方式一至三之一相同。【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟二中砂輪與激光焦點的相對運動軌跡主要由砂輪轉速和激光焦點移動速度控制。其它步驟及參數與本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微結構化大磨粒金剛石砂輪的制造方法，其特征在于：所述微結構化大磨粒金剛石砂輪的制造方法是按照以下步驟實現的：步驟一、調整脈沖激光頭（1）使脈沖激光束（2）與待加工的大磨粒盤狀金剛石砂輪（3）的工作表面的切面平行，轉動大磨粒盤狀金剛石砂輪（3）同時沿砂輪工作表面的切面平行移動激光焦點，對砂輪工作表面的金剛石磨粒突出部分進行截斷加工，控制砂輪回轉誤差至20微米以內；步驟二、調整脈沖激光頭（1）使脈沖激光束（2）垂直于步驟一加工后的金剛石砂輪工作表面，通過控制砂輪與脈沖激光束（2）的相對運動軌跡，在砂輪工作表面上加工出深寬都在10微米?50微米范圍內的三維微溝槽矩陣結構。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭兵，趙清亮，潘永成，房小艷，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：