硬脆材料磨削脆-延轉化臨界切削深度確定方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及硬脆材料超精密加工【技術領域】，為實現最大切深的延性域磨削，從而實現硬脆材料高表面質量、高效、高精度的生產加工，為此，本發明采用的技術方案是，硬脆材料磨削脆-延轉化臨界切削深度確定方法和裝置，包括如下步驟：（1）根據超精密磨削所使用的砂輪確定自制多磨粒刀具的磨粒數目、形狀、間距；（2）按照步驟(1)選定的磨粒形狀、間距、前角參數在所述的磨粒基體上加工出≥3個磨粒；（3）控制多磨粒刀具和工件產生相對運動，在工件表面開始劃削，同時控制多磨粒刀具連續進給，使劃痕的深度連續變化；將完成劃痕的工件利用表面輪廓儀、共聚焦顯微鏡進行觀察和測量。本發明主要應用于超精密加工。
【專利說明】硬脆材料磨削脆-延轉化臨界切削深度確定方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及硬脆材料超精密加工【技術領域】，具體涉及一種基于多磨粒刀具確定硬脆材料超精密磨削磨削脆-延轉化臨界切削深度的方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業的發展，硬脆材料(如紅外光學晶體、工程陶瓷、石英、硅晶體、微晶玻璃等)已在航空航天、汽車、醫療、精密模具、光學及半導體等領域顯示出廣闊的應用前景。但由于硬脆材料硬度高、脆性大、加工性能差，難以采用普通加工方法進行超精密加工，從而制約了這些材料的推廣應用。磨削是利用高速旋轉的砂輪等磨具加工工件表面的切削加工方法，在機械加工中常用于精加工及超精加工階段。由于磨粒的硬度很高且具有自銳性，磨削可以用于加工各種材料，包括淬硬鋼、高強度合金鋼、硬質合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金屬和非金屬材料。磨削加工能夠獲得較高的加工精度和很小的表面粗糙度值,因此是硬脆性材料加工的主要加工方式。
[0003]但傳統的磨削加工方法具有效率低，周期長，精度不易保證等缺點，并且由于加工過程難以實現計算機控制，加工非球面等復雜工件表面時具有相當高的難度。20世紀80年代末，在對硬脆材料加工方法作了大量探索和嘗試的基礎上，出現了延性域磨削加工方法。即對材料進行磨削時，當最大磨削厚度小于臨界磨削深度時，工件表面就會出現脆性-延性轉變,脆性材料和磨粒接觸區的應力達到剪切強度極限,產生塑性流動,形成切屑，材料以塑性變形的方式被去除，從而實現脆性材料的塑性域加工，得到低粗糙度的光滑表面的同時能很好地控制加工件的形狀和精度。在磨粒切削工件表面時，材料表面開始產生微裂紋的磨粒切入厚度稱為臨界磨削厚度。一般情況下，脆性材料的臨界磨削值僅有幾納米。因此當磨削深度小于臨界切深時，硬脆材料的主要去除機制由脆性斷裂轉變為 塑性流動。單顆粒上臨界斷裂載荷相對應的臨界切深a。可以表示為公式(2-2)。
[0004]
【權利要求】
1.一種硬脆材料磨削脆-延轉化臨界切削深度確定方法，其特征是，包括下列步驟: 1)根據超精密磨削所使用的砂輪確定自制多磨粒刀具的磨粒數目、形狀、間距:多磨粒刀具的磨粒數目> 3個，所述的磨粒通過聚焦離子束(FIB)加工或激光被加工在同一基體上，單個磨粒形狀加工成和要使用砂輪磨粒形狀相同，磨粒的間距Sb按照下面公式(2)給出:
2.如權利要求1所述的硬脆材料磨削脆-延轉化臨界切削深度確定方法，其特征是，所述步驟進一步細化為: (1)根據微晶玻璃磨削要使用的砂輪為樹脂結合劑金剛石砂輪，砂輪濃度為75%，確定磨粒形狀為四棱錐型，磨粒數目> 3個；將砂輪濃度及粒徑代入式(2)計算可得磨粒間的間距為8.355 μ m,由于粒徑大小介于屯=20~70 μ m范圍內，因此按照所述的前角確定原則，選擇磨粒的前角角度為-45° ； (2)按照步驟(1)選定的磨粒形狀、間距、前角等參數，通過聚焦離子束(FIB)加工方法在同一磨粒基體上加工出復數個磨粒9,得到多磨粒刀具。
3.一種硬脆材料磨削脆-延轉化臨界切削深度確定裝置，其特征是，由超精密磨削機床、多磨粒刀具構成，多磨粒刀具的磨粒數目> 3個，磨粒形狀和砂輪磨粒形狀相同，磨粒的間距Sb按照下面公式(2)給出:

4.如權利要求5所述的硬脆材料磨削脆-延轉化臨界切削深度確定裝置，其特征是，超精密磨削機床工作臺移動，帶動固定在工作臺上的刀臺，進而帶動固定在刀臺上的多磨粒刀具接近工件表面，控制多磨粒刀具和工件產生相對運動，在工件表面開始劃削，同時控制多磨粒刀具連續進給，使劃痕的深度連續變化；采用直線劃削方式，劃削時，固定在主軸上的工件旋轉，當工件旋轉速度到所定劃削速度并穩定后，控制工件和多磨粒刀具接近，并從距離主軸旋轉中心處開始進行切深連續變化劃削，在工件表面形成阿基米德螺旋軌跡劃痕，同時在Z軸方向上產生刀具連續進給運動，切削深度a按照下式控制:
【文檔編號】B24B19/00GK103722467SQ201310756254
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】仇中軍, 楊雪, 盧翠, 房豐洲 申請人:天津大學