本發明屬于精密加工領域，涉及一種超硬材料表面金字塔結構化的制造方法。

背景技術：

微光學元件是制造小型光電子系統的關鍵元件，而金字塔微結構在微光學元件的表面有著廣泛的應用。具有金字塔微型表面結構的微光學元件，能夠實現一般的光學元件難以實現的微小陣列、集成和波面轉換等功能。所以無論是在國防科技領域，還是在普通工業領域，其中包括光纖信號傳輸、信息綜合處理、航空航天、生物醫學以及激光加工技術等，金字塔微型表面結構都顯示出越來越重要的應用價值和廣闊的應用前景。

目前，加工金字塔結構主要是利用金剛石刀具“飛刀”切削。所謂“飛刀”切削，就是將工件固定，利用單點金剛石直線進給進行切削，且每次的切割間距保持相等，同一方向上的切割完成后，將工件按要求進行旋轉，再進行等間距的切割，最后得到材料表面的金字塔結構。“飛刀”切削選用的金剛石刀具，一般為圓弧刀刃、多棱刀刃和平刀刃，很少使用尖刀刃。雖然利用尖刀刃加工金字塔結構在幾何學角度上最為合理，但單點尖刀刃金剛石刀具極易崩刃和磨損，導致其前后加工的表面槽很難保持一致，加工出來的金字塔結構表面無法滿足光學元件的要求，傳統的單點金剛石很難加工超硬材料的表面，在制備金字塔結構等微表面結構時方法十分復雜，加工表面質量難以達到要求；而利用平刀刃和圓弧刀刃加工出來的金字塔，表面結構精度有限、加工過程繁瑣，且只能加工單晶硅等較軟材料的表面，很難實現超硬材料表面的金字塔結構化。

技術實現要素：

發明目的：

為了解決傳統“飛刀”切削中存在的磨損和崩刃問題、擴大金字塔結構可應用的材料范圍、簡化材料金字塔結構化的難度、提高制造效率，提出了一種超硬材料表面金字塔結構化制造方法。本發明工作原理為v型切割片刀刃等間距正交加工，相對于傳統金剛石單點加工，本發明工具減輕了積屑現象，刀刃上個別金剛石顆粒的磨損不影響刀具的切割效果，本發明極大的提高了金字塔結構化的制造效率，簡化了制造方法，延長了刀具的使用壽命，使大批量的超硬材料表面金字塔結構加工成為可能。

技術方案：

一種超硬材料表面金字塔結構化的制造方法，其特征在于：

1).將刀具和被加工件裝配到切割機的對應位置，將切割間距、切割深度以及切割刀數等參數輸入到切割機內；

2).對工件表面進行等間距切割，切割的間距不大于刀具的厚度，切割深度不大于金剛石顆粒的刃高；

3).第一刀切割工序完成后，通過切割機指令使載物盤旋轉90°，切割片與步驟（2）切割路徑方向垂直；

4).將切割間距與切割深度均與上一步切割設定相同，再進行同樣工藝的切割；

5).切割完畢后將工件從載物盤卸下，得到被加工材料表面的金字塔結構，每個金字塔相對三角面的夾角與v型刀刃的刃面夾角相等。

表面金字塔結構化刀具，其特征在于：包括劃片、釬焊層和金剛石顆粒，金剛石顆粒通過釬焊層均勻鑲嵌在劃片邊緣處；

所述劃片邊緣表面呈現v型結構。

所述劃片的厚度在10μm~500μm之間。

所述徑向外沿金剛石顆粒的刀刃呈v型結構，其兩刃間的夾角為60°~120°。

超硬材料表面金字塔結構化刀具的制造方法，其特征在于：

首先，采用釬焊的方法將金剛石顆粒均勻鑲嵌在劃片邊緣處；然后將劃片安裝在旋轉軸上，通過調節量角器的角度，使研磨平面與劃片成一定的夾角，對其邊緣進行研磨，之后將劃片反向安裝旋轉軸上，保持研磨平面與劃片之間的夾角不變，對劃片另外一面進行研磨，研磨后劃片邊緣表面呈現v型結構；當精加工時，將研磨盤更換為拋光盤，并將劃片裝配到旋轉軸上，保持研磨平面與劃片之間的夾角不變，按要求對劃片邊緣v型結構一個側面進行精拋；之后更換劃片的安裝方向，對劃片邊緣v型結構另一個側面進行精拋，最后使用激光加工使劃片v型結構表面的金剛石出刃制得刀具成品。

優點及效果：

與傳統的點接觸金剛石加工超硬材料表面金字塔結構相比，本發明將切削作用從點加工改進為刀刃加工，使切削刀數大大減少，使得超硬材料金字塔結構化的大批量加工成為可能。本發明的加工工序較少，制作方便，成本低廉，適合各種加工產業和個人的使用需求。本發明直接利用幾何方法加工金字塔結構，極大的簡化了復雜金字塔結構的成型。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進行詳細說明：

圖1為本發明所述的金字塔結構化第一刀制造方法示意圖；

圖2為本發明所述的金字塔結構化第二刀制造方法示意圖；

圖3為本發明所述的金字塔結構化制造方法立體示意圖；

圖4為利用激光出刃加工本發明所用切割片法向外沿示意圖；

圖5為本發明加工方法所用的金字塔切割片結構示意圖；

圖6為利用研磨機和拋光機加工出v型刀刃劃片的外沿示意圖；

圖7為利用拋光機拋光所述金字塔結構制造工具示意圖；

圖8為本發明所述的金字塔結構化工具制造步驟的示意圖。

所述標注為：1.劃片、2.釬焊層、3.金剛石顆粒、4.載物盤、5.研磨盤、6.旋轉軸、7.電機、8.量角器、9.旋轉軸支架。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖3所示，超硬材料表面金字塔結構化的制造方法：

1).將刀具和被加工件裝配到切割機的對應位置，將切割間距、切割深度以及切割刀數等參數輸入到切割機內；

2).對工件表面進行等間距切割，切割的間距不大于刀具的厚度，切割深度不大于金剛石顆粒3的刃高；

3).第一刀切割工序完成后，通過切割機指令使載物盤旋轉90°，切割片與步驟（2）切割路徑方向垂直；

4).將切割間距與切割深度均與上一步切割設定相同，再進行同樣工藝的切割；

5).切割完畢后將工件從載物盤卸下，得到被加工材料表面的金字塔結構，每個金字塔相對三角面的夾角與v型刀刃的刃面夾角相等。

如圖4、圖5和圖6所示，超硬材料表面金字塔結構化的刀具包括劃片1、釬焊層2和金剛石顆粒3，金剛石顆粒3通過釬焊層2均勻鑲嵌在劃片1邊緣處；

所述劃片1邊緣表面呈現v型結構；

所述劃片1的厚度在10μm~500μm之間；

所述金剛石顆粒3粒徑在10μm~500μm之間；

所述徑向外沿金剛石顆粒3的刀刃呈v型結構，其兩刃間的夾角為60°~120°。

如圖7所示，超硬材料表面金字塔結構化所用刀具的制造工具：

超硬材料表面金字塔結構化刀具的制造工具包含水平放置的拋光盤5，旋轉軸支架9固定在拋光盤5的工作范圍外，旋轉軸支架9與旋轉軸6鉸接，其鉸接孔與量角器8的外圓同心，旋轉軸6的上端安裝有電機7，旋轉軸6的下端安裝有超硬材料表面金字塔結構化的刀具。

如圖8所示，超硬材料表面金字塔結構化所用刀具的制造方法：

首先，采用釬焊的方法將金剛石顆粒3均勻鑲嵌在劃片1邊緣處；然后將劃片1安裝在安裝在旋轉軸6上，通過調節量角器8的角度，使研磨平面與劃片1成一定的夾角，對其邊緣進行研磨，之后將劃片1反向安裝旋轉軸6上，保持研磨平面與劃片1之間的夾角不變，對劃片1另外一面進行研磨，研磨后劃片1邊緣表面呈現v型結構；當精加工時，將研磨盤5更換為拋光盤，并將劃片1裝配到旋轉軸6上，保持研磨平面與劃片1之間的夾角不變，按要求對劃片1邊緣v型結構一個側面進行精拋；之后更換劃片1的安裝方向，對劃片1邊緣v型結構另一個側面進行精拋，如圖4所示；最后使用激光加工使劃片1v型結構表面的金剛石出刃制得刀具成品；刀具由劃片1、釬焊層2和金剛石顆粒3組成，其中金剛石顆粒3在加工過程中起到切割作用，利用釬焊層2將其均勻地鑲嵌在劃片1的外邊緣。

本發明實現金字塔結構化的原理是：v型刀刃邊緣切割片在超硬材料表面等間距切割時，會形成等間距的v型凹槽；將切割片的切割方向旋轉90度，再進行等間距切割，新形成的v型凹槽與上一道工序中形成的v型凹槽將會拼接成金字塔結構。v型刀刃由等間距的金剛石顆粒3組成，可以提高刀具的耐磨性，減輕切割凹槽中的積屑現象。

以上內容是結合優選技術方案對本發明所做的詳細說明，不能認定發明的具體實施僅限于這些，對于在不脫離本發明思想前提下做出的簡單推演及替換，都應當視為本發明的保護范圍。