專利名稱：一種外徑可調切刃可替換的單刃金剛石磨削砂輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微細溝槽織構化表面磨削加工工具，尤其是涉及一種外徑可調的 切刃可替換單刃金剛石磨削砂輪。
背景技術：
加工是織構化表面工程技術的核心，決定了織構化表面結構的加工質量。傳統(tǒng)的 微細溝槽織構化表面加工技術主要有硅基微加工技術、激光織構技術和電子束織構技術 等。硅基微加工織構化技術主要利用濕法刻蝕去除表層材料，加工對象具有很強的局限性 (主要是高純硅等半導體材料)，且受材料刻蝕方向選擇性的影響，不易形成尖銳的棱邊， 而難以實現(xiàn)高精度復雜三維幾何形狀結構的加工。激光或電子束織構化技術采用集中能量 粒子束使表層局部材料熔化或蒸發(fā)得到預期的表面結構，適用于較簡單截面形狀微結構的 加工，可形成尖銳的棱邊，但運行成本高昂，同樣存在材料選擇性強的特點，且由于集中粒 子束的高能作用導致加工區(qū)域溫度過高，容易形成表面缺陷而降低表面的完整性，從而影 響織構化表面的使用性能。綜上所述，織構化加工技術的發(fā)展決定了微細溝槽織構化表面的性能和應用前 景。現(xiàn)有加工技術的材料局限性和物理化學缺陷嚴重制約了織構化表面加工質量的提高， 尋求精度更高、加工質量更好的織構化表面制造加工技術是解決微細溝槽織構化表面發(fā)展 所面臨問題的關鍵。理想的微細溝槽織構化表面制造加工技術應具有以下特性較弱的材 料選擇性，不局限于只加工某類材料；較好的表面加工質量，既能得到精確的幾何形狀，又 能保證更少的表面/亞表面缺陷；較高的加工形狀自由度，可實現(xiàn)復雜幾何形狀織構化表 面的加工。超精密切削加工借助刀具的破壞作用去除工件表層材料，以刀具的輪廓包絡出預 期的表面形狀，精度可達納米級，加工潛力巨大，現(xiàn)被廣泛應用于微納加工及MEMS技術中。 與前述織構化技術相比，超精密切削加工雖不能實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，但能獲得更精確和高 質量的幾何外形，具有加工材料局限性小以及易于實現(xiàn)加工過程控制等特點，適合于制造 重要的測試部件或精密模具。在加工質量方面，已能實現(xiàn)無亞表面裂紋的硬脆性材料延性 域超精密切削加工。因此，對于難加工的硬脆性材料而言，超精密切削加工是一種非常理 想的織構化表面制造加工技術。目前，微細溝槽織構化表面的超精密切削加工主要是單點 金剛石切削(SPDT)，如日本的Tomohiko等人利用法蘭克公司的FANUC ROBOnanoUi超精 密加工系統(tǒng)，采用單晶金剛石刀具成功切削加工了V形和梯形等各種精密微細溝槽織構化 表面，得到的梯形微溝槽在高深寬比上甚至達到了半導體工業(yè)的水平。近來還出現(xiàn)了將金 剛石刀刃安裝在原子力顯微鏡探針上，并成功實現(xiàn)了微型規(guī)則表面結構切削加工的研究報 道。作為常見的超精密切削加工手段之一，鮮見采用磨削加工技術進行織構化表面加 工的研究報道。超精密磨削加工作為一種特殊形式的切削加工，與傳統(tǒng)的切削加工刀具只 做單純的進給運動相比，磨削加工的運動形式更為復雜，參與切削的磨粒除做進給運動外，還隨砂輪本體做高速旋轉運動，從而獲得了相當大的周向速度，使其在硬脆性材料的超精密切削加工中更具優(yōu)勢，體現(xiàn)在1.參與切削的磨粒具有較大的負前角，這將在磨粒切刃前面的切屑層材料中形成 大的正壓力，抑制脆性材料應力集度因子的增長，使其小于材料的斷裂韌性，阻止材料中存 在的微缺陷繼續(xù)生長擴大，從而有效地降低了材料發(fā)生脆性斷裂破壞的可能；2.切屑以小體積、大應變率的方式去除，因小切屑層厚度而形成的大剪應力將誘 發(fā)切屑層材料發(fā)生位錯變形，受應變梯度和位錯硬化的影響，切屑層材料的屈服強度增強， 流動應力增大；同時，高磨削速度產(chǎn)生的熱和壓力也將促使材料發(fā)生相變等性質變化，極大 地提高了硬脆性材料發(fā)生塑性流動變形的可能。綜上所述，超精密磨削加工技術具備更易于實現(xiàn)硬脆性材料延性域加工的潛力， 可得到光潔、最小亞表面損傷甚至無缺陷的表面，因此是單晶硅等硬脆性材料表面織構化 可采取的一種更為理想的制造加工手段。中國專利CN1951635公開一種硬脆晶體基片超精密磨削砂輪。超精密磨削砂輪由 配合環(huán)、基體環(huán)、和磨削層制成，砂輪的磨削層由磨料、粘結劑、填充料和氣孔組成，其中填 充料由PH調節(jié)劑，氧化劑和助拋劑三部分組成。砂輪的基體環(huán)裝配在配合環(huán)上，并由6個 均布內(nèi)六角螺栓緊固成一體，配合環(huán)和基體環(huán)的材料為鍛造鋁合金；砂輪磨削層熱壓或者 粘結在基體環(huán)上。砂輪磨削去除率高；磨削表面粗糙度低；硬脆晶體基片無劃痕、凹坑、微 疵點、微裂紋、位錯等表面/亞表面損傷；砂輪成本低。中國專利CN101186029公開一種樹脂增強高速磨削砂輪，其組分為A24#，A30#， A36#，液體樹脂，粉體樹脂，硫精礦粉，冰晶石，輕質碳酸鈣，碳黑，將各組分檢驗合格后，按 配方稱量，過80目篩網(wǎng)進行混合，混合后再過8目篩網(wǎng)即為成型料，將成型料過篩網(wǎng)松散 后投入模具內(nèi)，攤刮料后加入網(wǎng)片、孔環(huán)，放入壓機壓制，壓力不小于150MPa，溫度為40 600C，保壓30秒后卸模，進爐硬化，硬化后經(jīng)檢驗合格即為產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了減小由于切刃磨損而需頻繁更換砂輪造成的不利影響，提供一種外徑可調切刃可替換的單刃金剛石磨削砂輪。本發(fā)明的技術方案是將單刃金剛石磨削砂輪設計為加工磨粒(切刃)部分與砂輪 主體是可拆卸的分體結構。本發(fā)明設有砂輪、單刃金剛石磨粒(切刃)、基塊、基塊固定螺釘、楔塊固定螺釘、 楔塊、配重固定螺釘和配重塊。砂輪為外圓部分設計有一倒立梯形豁口的光潔表面圓盤，單 刃金剛石磨粒裝卡在與砂輪的倒立梯形豁口尺度相配合的基塊上，基塊從側邊楔入砂輪的 倒立梯形豁口處，設于基塊底部的楔塊可以調整單刃金剛石磨粒(切刃)的高度，當調整到 需要的直徑值時，用楔塊固定螺釘將楔塊與砂輪固定住，完成對基塊的定位和預緊，配重塊 由配重固定螺釘固定在砂輪上。所述配重塊可設有3個配重塊，3塊配重塊最好對稱分布。本發(fā)明為了減小由于切刃磨損而需頻繁更換砂輪造成的不利影響，將單刃金剛石 磨削砂輪設計為加工磨粒(切刃)部分與砂輪主體是可拆卸的分體結構，按照分體結構的 設想，砂輪的主體是外圓部分設計有一倒立梯形豁口的光潔表面圓盤，而單刃金剛石磨粒裝卡在與該倒立梯形豁口尺度相配合的基塊上，安裝時將帶切刃的基塊從砂輪圓盤的側邊 楔入砂輪圓盤的倒立梯形豁口處，由底部的墊塊調整切刃的高度，確保切刃露出砂輪的外 圓周，防止加工干涉而便于進行磨削加工，然后利用楔塊調整基塊與砂輪豁口側邊的間隙， 完成切刃基塊的定位和預緊，接著用螺釘將基塊與砂輪圓盤進行雙側邊的緊固，防止加工 時基塊受力發(fā)生竄動而影響加工的精度，最后測量切刃頂端距砂輪主軸之間的距離，記錄 備案。加工過程中需要更換磨損金剛石切刃時，只需更換裝卡單刃金剛石磨粒的基塊即可。由于本發(fā)明采用上述技術方案，因此與現(xiàn)有砂輪相比，本發(fā)明具有以下突出特 點。1)采用切刃可替換單刃金剛石磨削砂輪進行的超精密磨削加工技術具備更易于 實現(xiàn)硬脆性材料延性域加工的潛力，可得到光潔、最小亞表面損傷甚至無缺陷的表面。2)減小由于切刃磨損而需頻繁更換砂輪造成的不利影響。3)加工過程中需要更換磨損金剛石切刃時，只需更換裝卡單刃金剛石磨粒的基塊 即可。操作方便快捷，效率高。


圖1為本發(fā)明實施例的整體結構示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的基塊結構示意圖。圖3為本發(fā)明實施例的楔塊結構示意圖。圖4為圖3的B-B剖面圖。
具體實施例方式以下實施例將結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。參見圖1 4，本發(fā)明實施例設有砂輪1、單刃金剛石磨粒(切刃)2、基塊3、基塊 固定螺釘4、楔塊固定螺釘5、楔塊6、配重固定螺釘7和3塊配重塊8。砂輪1為外圓部分 設計有一倒立梯形豁口的光潔表面圓盤，單刃金剛石磨粒2裝卡在與砂輪1的倒立梯形豁 口尺度相配合的基塊3上，基塊3從側邊楔入砂輪1的倒立梯形豁口處，設于基塊3底部的 楔塊6可以調整單刃金剛石磨粒(切刃)2的高度，當調整到需要的直徑值時，用楔塊固定 螺釘5將楔塊6與砂輪1固定住，完成對基塊3的定位和預緊，配重塊8由配重固定螺釘7 固定在砂輪1上。3塊配重塊對稱分布。砂輪1是外圓部分設計有一倒立梯形豁口的光潔表面圓盤，而單刃金剛石磨粒2 裝卡在與該倒立梯形豁口尺度相配合的基塊3上，基塊3從側邊楔入砂輪1的倒立梯形豁 口處，底部的楔塊6可以調整單刃金剛石磨粒(切刃)2的高度，當調整到需要的直徑值時， 用楔塊固定螺釘5將楔塊與砂輪固定住，這樣就完成了對基塊的定位和預緊。最后用基塊 固定螺釘4能將基塊和砂輪緊緊的固定，防止加工時的竄動而影響加工精度。由于加入了 帶單刃金剛石磨粒的基塊，因此需要對砂輪整體進行靜平衡，采用3塊配重塊進行平衡試 驗，調好配重塊的位置，使砂輪達到靜平衡，然后用配重固定螺釘將配重塊固定住。當加工過程中需要更換磨損金剛石切刃時，只需更換裝卡單刃金剛石磨粒的基塊 即可。
權利要求
1.一種外徑可調切刃可替換的單刃金剛石磨削砂輪，其特征在于設有砂輪、單刃金剛 石磨粒、基塊、基塊固定螺釘、楔塊固定螺釘、楔塊、配重固定螺釘和配重塊；砂輪為外圓部 分設計有一倒立梯形豁口的光潔表面圓盤，單刃金剛石磨粒裝卡在與砂輪的倒立梯形豁口 尺度相配合的基塊上，基塊從側邊楔入砂輪的倒立梯形豁口處，設于基塊底部的楔塊用于 調整單刃金剛石磨粒的高度，當調整到需要的直徑值時，用楔塊固定螺釘將楔塊與砂輪固 定住，完成對基塊的定位和預緊，配重塊由配重固定螺釘固定在砂輪上。
2.如權利要求1所述的一種外徑可調切刃可替換的單刃金剛石磨削砂輪，其特征在于 所述配重塊設有3個配重塊。
3.如權利要求2所述的一種外徑可調切刃可替換的單刃金剛石磨削砂輪，其特征在于 所述3塊配重塊對稱分布。
全文摘要
一種外徑可調切刃可替換的單刃金剛石磨削砂輪，涉及一種微細溝槽織構化表面磨削加工工具。設有砂輪、單刃金剛石磨粒(切刃)、基塊、基塊固定螺釘、楔塊固定螺釘、楔塊、配重固定螺釘和配重塊。砂輪為外圓部分設計有一倒立梯形豁口的光潔表面圓盤，單刃金剛石磨粒裝卡在與砂輪的倒立梯形豁口尺度相配合的基塊上，基塊從側邊楔入砂輪的倒立梯形豁口處，設于基塊底部的楔塊可以調整單刃金剛石磨粒(切刃)的高度，當調整到需要的直徑值時，用楔塊固定螺釘將楔塊與砂輪固定住，完成對基塊的定位和預緊，配重塊由配重固定螺釘固定在砂輪上。
文檔編號B24D7/06GK102001055SQ20101050630
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權日2010年10月13日
發(fā)明者彭云峰, 林曉輝, 郭隱彪 申請人:廈門大學