CN102001055A - 一种外径可调切刃可替换的单刃金刚石磨削砂轮 - Google Patents

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一种外径可调切刃可替换的单刃金刚石磨削砂轮，涉及一种微细沟槽织构化表面磨削加工工具。设有砂轮、单刃金刚石磨粒(切刃)、基块、基块固定螺钉、楔块固定螺钉、楔块、配重固定螺钉和配重块。砂轮为外圆部分设计有一倒立梯形豁口的光洁表面圆盘，单刃金刚石磨粒装卡在与砂轮的倒立梯形豁口尺度相配合的基块上，基块从侧边楔入砂轮的倒立梯形豁口处，设于基块底部的楔块可以调整单刃金刚石磨粒(切刃)的高度，当调整到需要的直径值时，用楔块固定螺钉将楔块与砂轮固定住，完成对基块的定位和预紧，配重块由配重固定螺钉固定在砂轮上。

Description

一种外径可调切刃可替换的单刃金刚石磨削砂轮
技术领域
本发明涉及一种微细沟槽织构化表面磨削加工工具，尤其是涉及一种外径可调的切刃可替换单刃金刚石磨削砂轮。
背景技术
加工是织构化表面工程技术的核心，决定了织构化表面结构的加工质量。传统的微细沟槽织构化表面加工技术主要有硅基微加工技术、激光织构技术和电子束织构技术等。硅基微加工织构化技术主要利用湿法刻蚀去除表层材料，加工对象具有很强的局限性(主要是高纯硅等半导体材料)，且受材料刻蚀方向选择性的影响，不易形成尖锐的棱边，而难以实现高精度复杂三维几何形状结构的加工。激光或电子束织构化技术采用集中能量粒子束使表层局部材料熔化或蒸发得到预期的表面结构，适用于较简单截面形状微结构的加工，可形成尖锐的棱边，但运行成本高昂，同样存在材料选择性强的特点，且由于集中粒子束的高能作用导致加工区域温度过高，容易形成表面缺陷而降低表面的完整性，从而影响织构化表面的使用性能。
综上所述，织构化加工技术的发展决定了微细沟槽织构化表面的性能和应用前景。现有加工技术的材料局限性和物理化学缺陷严重制约了织构化表面加工质量的提高，寻求精度更高、加工质量更好的织构化表面制造加工技术是解决微细沟槽织构化表面发展所面临问题的关键。理想的微细沟槽织构化表面制造加工技术应具有以下特性：较弱的材料选择性，不局限于只加工某类材料；较好的表面加工质量，既能得到精确的几何形状，又能保证更少的表面/亚表面缺陷；较高的加工形状自由度，可实现复杂几何形状织构化表面的加工。
超精密切削加工借助刀具的破坏作用去除工件表层材料，以刀具的轮廓包络出预期的表面形状，精度可达纳米级，加工潜力巨大，现被广泛应用于微纳加工及MEMS技术中。与前述织构化技术相比，超精密切削加工虽不能实现大批量的生产，但能获得更精确和高质量的几何外形，具有加工材料局限性小以及易于实现加工过程控制等特点，适合于制造重要的测试部件或精密模具。在加工质量方面，已能实现无亚表面裂纹的硬脆性材料延性域超精密切削加工。因此，对于难加工的硬脆性材料而言，超精密切削加工是一种非常理想的织构化表面制造加工技术。目前，微细沟槽织构化表面的超精密切削加工主要是单点金刚石切削(SPDT)，如日本的Tomohiko等人利用法兰克公司的FANUC ROBOnanoUi超精密加工系统，采用单晶金刚石刀具成功切削加工了V形和梯形等各种精密微细沟槽织构化表面，得到的梯形微沟槽在高深宽比上甚至达到了半导体工业的水平。近来还出现了将金刚石刀刃安装在原子力显微镜探针上，并成功实现了微型规则表面结构切削加工的研究报道。
作为常见的超精密切削加工手段之一，鲜见采用磨削加工技术进行织构化表面加工的研究报道。超精密磨削加工作为一种特殊形式的切削加工，与传统的切削加工刀具只做单纯的进给运动相比，磨削加工的运动形式更为复杂，参与切削的磨粒除做进给运动外，还随砂轮本体做高速旋转运动，从而获得了相当大的周向速度，使其在硬脆性材料的超精密切削加工中更具优势，体现在：
1.参与切削的磨粒具有较大的负前角，这将在磨粒切刃前面的切屑层材料中形成大的正压力，抑制脆性材料应力集度因子的增长，使其小于材料的断裂韧性，阻止材料中存在的微缺陷继续生长扩大，从而有效地降低了材料发生脆性断裂破坏的可能；
2.切屑以小体积、大应变率的方式去除，因小切屑层厚度而形成的大剪应力将诱发切屑层材料发生位错变形，受应变梯度和位错硬化的影响，切屑层材料的屈服强度增强，流动应力增大；同时，高磨削速度产生的热和压力也将促使材料发生相变等性质变化，极大地提高了硬脆性材料发生塑性流动变形的可能。
综上所述，超精密磨削加工技术具备更易于实现硬脆性材料延性域加工的潜力，可得到光洁、最小亚表面损伤甚至无缺陷的表面，因此是单晶硅等硬脆性材料表面织构化可采取的一种更为理想的制造加工手段。
中国专利CN1951635公开一种硬脆晶体基片超精密磨削砂轮。超精密磨削砂轮由配合环、基体环、和磨削层制成，砂轮的磨削层由磨料、粘结剂、填充料和气孔组成，其中填充料由pH调节剂，氧化剂和助抛剂三部分组成。砂轮的基体环装配在配合环上，并由6个均布内六角螺栓紧固成一体，配合环和基体环的材料为锻造铝合金；砂轮磨削层热压或者粘结在基体环上。砂轮磨削去除率高；磨削表面粗糙度低；硬脆晶体基片无划痕、凹坑、微疵点、微裂纹、位错等表面/亚表面损伤；砂轮成本低。
中国专利CN101186029公开一种树脂增强高速磨削砂轮，其组分为：A24#，A30#，A36#，液体树脂，粉体树脂，硫精矿粉，冰晶石，轻质碳酸钙，碳黑，将各组分检验合格后，按配方称量，过80目筛网进行混合，混合后再过8目筛网即为成型料，将成型料过筛网松散后投入模具内，摊刮料后加入网片、孔环，放入压机压制，压力不小于150MPa，温度为40～60℃，保压30秒后卸模，进炉硬化，硬化后经检验合格即为产品。
发明内容
本发明的目的在于为了减小由于切刃磨损而需频繁更换砂轮造成的不利影响，提供一种外径可调切刃可替换的单刃金刚石磨削砂轮。
本发明的技术方案是将单刃金刚石磨削砂轮设计为加工磨粒(切刃)部分与砂轮主体是可拆卸的分体结构。
本发明设有砂轮、单刃金刚石磨粒(切刃)、基块、基块固定螺钉、楔块固定螺钉、楔块、配重固定螺钉和配重块。砂轮为外圆部分设计有一倒立梯形豁口的光洁表面圆盘，单刃金刚石磨粒装卡在与砂轮的倒立梯形豁口尺度相配合的基块上，基块从侧边楔入砂轮的倒立梯形豁口处，设于基块底部的楔块可以调整单刃金刚石磨粒(切刃)的高度，当调整到需要的直径值时，用楔块固定螺钉将楔块与砂轮固定住，完成对基块的定位和预紧，配重块由配重固定螺钉固定在砂轮上。
所述配重块可设有3个配重块，3块配重块最好对称分布。
本发明为了减小由于切刃磨损而需频繁更换砂轮造成的不利影响，将单刃金刚石磨削砂轮设计为加工磨粒(切刃)部分与砂轮主体是可拆卸的分体结构，按照分体结构的设想，砂轮的主体是外圆部分设计有一倒立梯形豁口的光洁表面圆盘，而单刃金刚石磨粒装卡在与该倒立梯形豁口尺度相配合的基块上，安装时将带切刃的基块从砂轮圆盘的侧边楔入砂轮圆盘的倒立梯形豁口处，由底部的垫块调整切刃的高度，确保切刃露出砂轮的外圆周，防止加工干涉而便于进行磨削加工，然后利用楔块调整基块与砂轮豁口侧边的间隙，完成切刃基块的定位和预紧，接着用螺钉将基块与砂轮圆盘进行双侧边的紧固，防止加工时基块受力发生窜动而影响加工的精度，最后测量切刃顶端距砂轮主轴之间的距离，记录备案。加工过程中需要更换磨损金刚石切刃时，只需更换装卡单刃金刚石磨粒的基块即可。
由于本发明采用上述技术方案，因此与现有砂轮相比，本发明具有以下突出特点：
1)采用切刃可替换单刃金刚石磨削砂轮进行的超精密磨削加工技术具备更易于实现硬脆性材料延性域加工的潜力，可得到光洁、最小亚表面损伤甚至无缺陷的表面。
2)减小由于切刃磨损而需频繁更换砂轮造成的不利影响。
3)加工过程中需要更换磨损金刚石切刃时，只需更换装卡单刃金刚石磨粒的基块即可。操作方便快捷，效率高。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图。
图2为本发明实施例的基块结构示意图。
图3为本发明实施例的楔块结构示意图。
图4为图3的B-B剖面图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1～4，本发明实施例设有砂轮1、单刃金刚石磨粒(切刃)2、基块3、基块固定螺钉4、楔块固定螺钉5、楔块6、配重固定螺钉7和3块配重块8。砂轮1为外圆部分设计有一倒立梯形豁口的光洁表面圆盘，单刃金刚石磨粒2装卡在与砂轮1的倒立梯形豁口尺度相配合的基块3上，基块3从侧边楔入砂轮1的倒立梯形豁口处，设于基块3底部的楔块6可以调整单刃金刚石磨粒(切刃)2的高度，当调整到需要的直径值时，用楔块固定螺钉5将楔块6与砂轮1固定住，完成对基块3的定位和预紧，配重块8由配重固定螺钉7固定在砂轮1上。
3块配重块对称分布。
砂轮1是外圆部分设计有一倒立梯形豁口的光洁表面圆盘，而单刃金刚石磨粒2装卡在与该倒立梯形豁口尺度相配合的基块3上，基块3从侧边楔入砂轮1的倒立梯形豁口处，底部的楔块6可以调整单刃金刚石磨粒(切刃)2的高度，当调整到需要的直径值时，用楔块固定螺钉5将楔块与砂轮固定住，这样就完成了对基块的定位和预紧。最后用基块固定螺钉4能将基块和砂轮紧紧的固定，防止加工时的窜动而影响加工精度。由于加入了带单刃金刚石磨粒的基块，因此需要对砂轮整体进行静平衡，采用3块配重块进行平衡试验，调好配重块的位置，使砂轮达到静平衡，然后用配重固定螺钉将配重块固定住。
当加工过程中需要更换磨损金刚石切刃时，只需更换装卡单刃金刚石磨粒的基块即可。

Claims (3)

1.一种外径可调切刃可替换的单刃金刚石磨削砂轮，其特征在于设有砂轮、单刃金刚石磨粒、基块、基块固定螺钉、楔块固定螺钉、楔块、配重固定螺钉和配重块；砂轮为外圆部分设计有一倒立梯形豁口的光洁表面圆盘，单刃金刚石磨粒装卡在与砂轮的倒立梯形豁口尺度相配合的基块上，基块从侧边楔入砂轮的倒立梯形豁口处，设于基块底部的楔块用于调整单刃金刚石磨粒的高度，当调整到需要的直径值时，用楔块固定螺钉将楔块与砂轮固定住，完成对基块的定位和预紧，配重块由配重固定螺钉固定在砂轮上。
2.如权利要求1所述的一种外径可调切刃可替换的单刃金刚石磨削砂轮，其特征在于所述配重块设有3个配重块。
3.如权利要求2所述的一种外径可调切刃可替换的单刃金刚石磨削砂轮，其特征在于所述3块配重块对称分布。
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